Top Banner
Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp này được thực hiện tại Bộ môn Công nghệ Điện hóa và Bảo vệ Kim loại, Viện Kỹ thuật Hóa học, trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới PGS. TS. Hoàng Thị Bích Thủy, ThS. Bùi Thị Thanh Huyền, người đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành đồ án này, cùng lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô giáo bộ môn CN Điện hóa & BVKL đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình làm đồ án. Tuy nhiên, do thời gian hạn chế và sự thiếu kinh nghiệm trong chuyên môn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình nghiên cứu. Rất mong nhận được sự nhận xét và góp ý của các thầy cô giáo. Em xin chân thành cảm ơn. Hà Nội, ngày 30 tháng 5 năm 2011 Sinh viên Đồ án tốt nghiệp 1 Lý Ngọc Tài
92

ĐỒÁN_LNT

Jul 24, 2015

Download

Documents

whalemini

r
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

LỜI CẢM ƠN

Đồ án tốt nghiệp này được thực hiện tại Bộ môn Công nghệ Điện hóa và Bảo

vệ Kim loại, Viện Kỹ thuật Hóa học, trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Em xin

gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới PGS. TS. Hoàng Thị Bích Thủy, ThS. Bùi Thị

Thanh Huyền, người đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành đồ án này, cùng lời

cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô giáo bộ môn CN Điện hóa & BVKL đã tạo mọi

điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình làm đồ án.

Tuy nhiên, do thời gian hạn chế và sự thiếu kinh nghiệm trong chuyên môn

nên không thể tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình nghiên cứu. Rất mong

nhận được sự nhận xét và góp ý của các thầy cô giáo.

Em xin chân thành cảm ơn.

Hà Nội, ngày 30 tháng 5 năm 2011

Sinh viên

Lý Ngọc Tài

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 1 Lý Ngọc Tài

Page 2: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

MỤC LỤCMỤC LỤC..................................................................................................................1

LỜI MỞ ĐẦU.............................................................................................................5

PHẦN 1 TỔNG QUAN...............................................................................................6

1.1. Ăn mòn kim loại trong môi trường nước....................................................6

1.1.1. Cơ chế ăn mòn...........................................................................................6

1.1.2. Những yếu tố bên trong ảnh hưởng đến ăn mòn điện hóa........................6

1.1.3. Những yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến ăn mòn điện hóa (Tác động của môi trường)..........................................................................................................8

1.2. Các biện pháp bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn trong môi trường nước.....15

1.2.1. Bảo vệ kim loại bằng cách biến đổi môi trường.....................................15

1.2.2. Bảo vệ kim loại bằng cách thay đổi điện thế điện cực............................16

1.2.3. Bảo vệ kim loại bằng các lớp phủ...........................................................17

1.3. Bảo vệ kim loại bằng chất ức chế...............................................................18

1.3.1. Chất ức chế thụ động...............................................................................19

1.3.2. Chất ức chế không thụ động....................................................................21

1.3.3. Chất ức chế xanh.....................................................................................24

PHẦN 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM..........................................................26

2.1. Chiết tách dịch chiết có hoạt tính ức chế từ vỏ bưởi, vỏ cam..................26

2.1.1. Nguyên liệu.............................................................................................26

2.1.2. Nguyên tắc chưng cất..............................................................................26

2.1.3. Hiệu suất chiết tách.................................................................................27

2.2. Chuẩn bị thí nghiệm....................................................................................27

2.2.1. Chuẩn bị dung dịch.................................................................................28

2.2.2. Chuẩn bị mẫu..........................................................................................28

2.3. Chế độ thí nghiệm........................................................................................29

2.4. Thông số đo và phương pháp đo................................................................29

2.4.1. Phương pháp đo đường cong phân cực...................................................30

2.4.2. Phương pháp tổng trở..............................................................................32

2.4.3. Phương pháp khối lượng.........................................................................36

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 2 Lý Ngọc Tài

Page 3: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN....................................................................37

3.1. Nghiên cứu khả năng ức chế của Urotropin đối với quá trình ăn mòn thép trong môi trường axit HCl 1N...................................................................37

3.1.1. Ảnh hưởng của Urotropin đến đường cong phân cực.............................37

3.1.2. Ảnh hưởng của Urotropin đến phổ tổng trở điện hóa ............................39

3.1.3. Ảnh hưởng của chất ức chế Urotropin đến tốc độ ăn mòn......................42

3.2. Nghiên cứu khả năng ức chế của dịch chiết vỏ bưởi Năm Roi đối với quá trình ăn mòn thép trong môi trường axit HCl 1N...........................................43

3.2.1. Chiết tách dịch chiết từ vỏ bưởi Năm Roi (VBNR)................................43

3.2.2. Ảnh hưởng của dịch chiết VBNR đến đường cong phân cực.................44

3.2.3. Ảnh hưởng của dịch chiết VBNR đến phổ tổng trở điện hóa.................46

3.3. Nghiên cứu khả năng ức chế của dịch chiết vỏ cam đối với quá trình ăn mòn thép trong môi trường axit HCl 1N..........................................................48

3.3.1. Chiết tách dịch chiết từ vỏ cam...............................................................48

3.3.2. Ảnh hưởng của dịch chiết vỏ cam đến đường cong phân cực................49

3.3.3. Ảnh hưởng của dịch chiết vỏ cam đến phổ tổng trở điện hóa.................51

3.4.Nghiên cứu khả năng ức chế của tinh dầu cam đối với quá trình ăn mòn thép trong môi trường axit HCl 1N...................................................................52

3.4.1. Ảnh hưởng của tinh dầu cam đến đường cong phân cực........................52

3.4.2. Ảnh hưởng của tinh dầu cam đến phổ tổng trở điện hóa........................54

3.5. Nghiên cứu khả năng ức chế của tinh dầu tiêu đen đối với quá trình ăn mòn thép trong môi trường axit HCl 1N..........................................................55

3.5.1. Ảnh hưởng của tinh dầu tiêu đen đến đường cong phân cực..................56

3.5.2. Ảnh hưởng của tinh dầu tiêu đen đến phổ tổng trở điện hóa .................57

KẾT LUẬN.............................................................................................................60

TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................61

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 3 Lý Ngọc Tài

Page 4: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

LỜI MỞ ĐẦUĂn mòn kim loại là quá trình tự phá hủy kim loại có kèm theo sự thay đổi

tính chất hóa lý của kim loại khi kim loại tiếp xúc với môi trường xung quanh.

Thống kê hàng năm cho thấy thiệt hại kinh tế do ăn mòn trên thế giới là vô cùng

lớn và có xu hướng tăng. Thiệt hại do ăn mòn không chỉ giới hạn trong vấn đề kinh

tế mà còn liên quan đến vấn đề ô nhiễm môi trường, vấn đề an toàn cháy nổ, an

toàn tính mạng con người… như các sự cố rò rỉ tràn dầu, tai nạn sập dàn khoan, rơi

máy bay do ăn mòn…

Có rất nhiều phương pháp được sử dụng để chống ăn mòn kim loại như: sử

dụng lớp phủ kim loại hay phi kim, sử dụng hợp kim bền ăn mòn, bảo vệ kim loại

bằng anốt hy sinh hoặc bằng dòng ngoài, bảo vệ bằng chất ức chế, … trong đó bảo

vệ kim loại bằng chất ức chế được sử dụng rất phổ biến. Phương pháp này thường

được ứng dụng bảo vệ thiết bị trong các môi trường hữu hạn hay trong các môi

trường dung dịch tuần hoàn như quá trình tẩy gỉ trong gia công xử lý bề mặt kim

loại, tẩy cặn nồi hơi, trong các hệ thống trao đổi nhiệt….

Cho tới hiện nay, những chất ức chế thường được sử dụng là các hợp chất

CrO42-, hợp chất nitrit, photphat, benzoat, thioure, pyridin….Chúng có tác dụng ức

chế tốt, hiệu quả kinh tế cao, tuy nhiên khó phân hủy, rất độc hại đối với con người

và môi trường…. Phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường đang là những vấn đề

chung của toàn nhân loại, vì vậy vấn đề thu hút sự quan tâm lớn của các nhà nghiên

cứu trên thế giới cũng như ở Việt Nam là tìm ra các chất ức chế thân thiện với môi

trường và hiệu quả tốt. Một số chất ức chế có thể kể đến là các muối đất hiếm như

LaCl3, CeCl3…, các chất ức chế xanh được chiết xuất từ thực vật tự nhiên như chè

xanh, vỏ cam, tiêu đen, xoài, chanh leo… để bảo vệ kim loại trong các môi trường.

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 4 Lý Ngọc Tài

Page 5: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

Nhiệm vụ của đồ án là: “Khảo sát khả năng ức chế của một số dịch chiết

được chiết xuất từ thực vật tự nhiên ở Việt Nam đối với quá trình ăn mòn thép

trong môi trường axit”.

PHẦN 1: TỔNG QUAN

1.1. Ăn mòn kim loại trong môi trường nước

1.1.1. Cơ chế ăn mòn

Ăn mòn trong môi trường nước là quá trình ăn mòn điện hóa.

Cơ chế ăn mòn đối với thép:

- Phản ứng anốt: là quá trình oxy hóa kim loại

Fe Fe2+ + 2e

- Phản ứng catốt: là quá trình khử điện hóa

Trong môi trường nước chất oxy hóa (Ox) thường là H+ hoặc O2.

Nếu là H+ thì quá trình catốt sẽ là:

H+ + e Hhấp phụ

Hhấp phụ + Hhấp phụ H2

Trong trường hợp này ta gọi là sự ăn mòn với chất khử phân cực hydro.

Nếu Ox là O2 thì:

Trong môi trường axit, quá trình catốt sẽ là:

O2 + 4H+ + 4e 2H2O

Trong môi trường trung tính hoặc kiềm, quá trình catốt sẽ là:

O2 + 2H2O + 4e 4

1.1.2. Những yếu tố bên trong ảnh hưởng đến ăn mòn điện hóa

1.1.2.1. Độ bền vững nhiệt động

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 5 Lý Ngọc Tài

Page 6: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

Độ bền vững nhiệt động được xác định bằng điện thế cân bằng Ecb, catốt của

quá trình catốt và Ecb, anốt của quá trình anốt.

Các phản ứng catốt có thể là:

2H+ + 2e H2

O + 4H+ + 4e 2H2O

hoặc O2 + H2O + 4e 4

Căn cứ vào điện thế thuận nghịch của điện cực hydro và oxy trong môi

trường trung tính (pH = 7) và pH = 1 lần lượt là -0,415V; 0,00V; 0,815V; 1,23V,

Tomasov N.D. chia kim loại thành 5 nhóm [1]:

- Những kim loại có điện thế cực tiêu chuẩn âm hơn -0,415 V được coi là

không bền vững nhiệt động. Đó là các kim loại Na, Al, Zn… chúng bị ăn mòn thậm

chí ngay cả trong môi trường nước trung tính không chứa oxy và chất oxy hóa.

- Những kim loại có - 0,415 < < 0,00V được coi là kém bền nhiệt

động. Đó là các kim loại Cd, Mn, Ni, Sn, Pb… chúng bền trong môi trường trung

tính không chứa oxy. Còn trong môi trường axit, chúng bị ăn mòn ngay cả khi

không chứa oxy.

- Những kim loại có 0,00 < < 0,815V được coi là có độ bền nhiệt

động trung bình. Đó là Bi, Re, Cu, Rh, Ag... chúng bền trong môi trường axit và

trung tính không chứa oxy và chất oxy hóa.

- Những kim loại có 0,815 < < 1,23V được coi là rất bền nhiệt

động. Đó là Pd, Ir, Pt. Chúng không bị ăn mòn trong môi trường trung tính thậm

chí có mặt oxy.

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 6 Lý Ngọc Tài

Page 7: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

- Những kim loại có > 1,23V (ví dụ Au). Chúng bền trong môi

trường axit có oxy và chỉ bị ăn mòn trong môi trường phức chất có chất oxy hóa.

1.1.2.2. Thành phần và cấu trúc hợp kim

Trong công nghiệp ít khi dùng kim loại nguyên chất mà thường dùng hợp

kim của chúng. Độ bền với ăn mòn của kim loại và hợp kim thường giảm xuống

khi chúng chuyển từ trạng thái đồng thể sang dị thể. Một loại dị thể thường gặp là

tạp chất catốt nằm trong nền anốt (tạp chất catốt có điện thế dương hơn của nền).

Trong hai trường hợp trên và trong đa số các trường hợp thì các tạp chất catốt làm

tăng nhanh sự ăn mòn.

Những tạp chất anốt có điện thế âm hơn của kim loại nền thì hoặc là không

ảnh hưởng lớn đến độ bền ăn mòn hoặc gây ra ăn mòn cục bộ.

Trong trường hợp kim loại đồng thể thì độ bền ăn mòn tăng lên đột ngột khi

tăng thành phần của cấu tử có điện thế dương hơn. Đó là quy luật n/8 của Tamman,

trong đó n là số nguyên tử của nguyên tố bền ăn mòn. Giá trị của n phụ thuộc hệ

thống dung dịch rắn và độ xâm thực của dung dịch. Nó có thể có các giá trị 1, 2, 3,

4, 5, 6, 7 trong 8 nguyên tử của hợp kim.

Ví dụ, hợp kim Fe – Cr với tỷ lệ nguyên tử Cr là 1/8 (tức là khoảng 11,7%

Cr) ứng với hợp kim có 1 nguyên tử Cr và 7 nguyên tử Fe thì bền ăn mòn trong axit

HNO3 với bất kì nồng độ nào ở 250C [1].

1.1.3. Những yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến ăn mòn điện hóa (Tác động của

môi trường)

1.1.3.1. Ảnh hưởng của pH

a. Ảnh hưởng trực tiếp của pH

Điện thế của các phản ứng khử oxy và ion H+ phụ thuộc pH của dung dịch.

Phản ứng khử:

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 7 Lý Ngọc Tài

Page 8: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

2H+ + 2e H2

có điện thế cân bằng = -0,059pH – 0,03.lg

Khi áp suất khí quyển = 1atm thì = -0,059pH

Các phản ứng:

O2 + 4 + 4e H2O

O2 + 2H2O + 4e 4

có điện thế cân bằng giống nhau:

= 1,23 – 0,059pH + 0,015.lg

Khi áp suất khí oxy = 1atm thì = 1,23 – 0,059pH

Vì vậy khi pH thay đổi sẽ làm thay đổi tốc độ ăn mòn vì độ bền nhiệt động

với ăn mòn của kim loại thay đổi.

b. Ảnh hưởng gián tiếp

A. Ia. Satalov chia kim loại thành năm nhóm theo quan hệ giữa tốc độ ăn

mòn và pH [1].

Nhóm a: gồm những kim loại bền trong môi trường axit và kiềm. Tốc độ ăn

mòn không thay đổi theo pH (hình 1.1a). Au, Pt, Ag thuộc nhóm này.

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 8 Lý Ngọc Tài

Page 9: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

a) b)

c) d) e)

Hình 1.1: Các dạng phụ thuộc tốc độ ăn mòn vào pH

Nhóm b: gồm những kim loại không bền trong môi trường axit, không đủ

bền trong môi trường trung tính, nhưng bền trong môi trường kiềm mạnh (pH

12). Đó là những kim loại Mg, Mn, và Fe (hình 1.1b). Các kim loại bền trên vì

chúng tạo thành các hydroxit không hòa tan trong môi trường kiềm, trừ sắt hyroxit

ở pH> 14 bị hòa tan thành ion ferrat.

Nhóm c: gồm những kim loại không bền trong môi trường axit, nhưng bền

trong môi trường trung tính và kiềm. Co, Ni, Cd thuộc nhóm này. Màng oxit của

các kim loại này có tính bảo vệ cao (hình 1.1c).

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 9 Lý Ngọc Tài

Page 10: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

Nhóm d: gồm những kim loại bền trong axit nhưng không bền trong môi

trường kiềm như tantan (Ta), Mo, W. Các màng hydroxit của các kim loại trên bị

hòa tan trong môi trường kiềm (hình 1.1d).

Nhóm e: gồm những kim loại chỉ bền trong môi trường trung tính như Al,

Zn, Sn, Pb. Những kim loại này tạo các hyroxit lưỡng tính hòa tan tốt trong môi

trường axit và kiềm (hình 1.1e).

1.1.3.2. Ảnh hưởng của thành phần dung dịch

Nói chung đặc điểm của quá trình ăn mòn phụ thuộc chủ yếu vào các thành

phần anion của dung dịch. Tuy nhiên trong một số trường hợp các cation cũng có

vai trò nhất định. Ta chia các ion trong dung dịch ăn mòn làm hai loại: chất kích

hoạt và ức chế ăn mòn.

Các anion – kích hoạt thường có tác dụng kép. Một mặt nó phá hủy trạng

thái thụ động của kim loại hoặc ngăn cản sự hình thành trạng thái này. Đó là các

anion , , . Cơ chế tác dụng của các anion này là phá hủy màng pha oxit

hoặc hấp phụ lên bề mặt kim loại đẩy oxy hấp phụ ra khỏi bề mặt chúng.

Mặt khác nó có thể tạo điều kiện cho sự ion hóa kim loại xảy ra một cách dễ

dàng bằng cách tạo phức với các ion kim loại. Do đó hoạt độ ion kim loại ở sát bề

mặt giảm xuống, phân cực anốt giảm.

Các cation – kích hoạt là các ion kim loại có hóa trị thay đổi. Ví dụ, các ion

, , , . Các ion hóa trị cao của sắt và đồng sẽ tham gia quá trình

catốt nhận điện tử:

+ e

Còn các ion hóa trị thấp của chúng có thể tác dụng với oxy.

4 + O2 + 4 4 + 2H2O

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 10 Lý Ngọc Tài

Page 11: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

Vì độ hòa tan của các ion kim loại lớn hơn của oxy, nên chúng có thể làm

tăng nhanh đáng kể quá trình catốt.

Các anion - ức chế tác dụng rất khác nhau đến quá trình ăn mòn.

Một mặt các anion – chất oxy hóa có thể chuyển kim loại vào trạng thái thụ

động, do đó làm chậm quá trình anốt. Đó là các chất như , , ,

. Chúng có thể làm chậm ăn mòn thép, hợp kim nhôm và hợp kim magie.

Mặt khác một số anion có thể tác dụng với ion kim loại thành các hợp chất

khó tan. Chúng tạo trên bề mặt kim loại một màng cản trở quá trình ion hóa kim

loại và ngăn cản các chất khử phân cực (ví dụ, oxy) đến bề mặt kim loại.

Các cation - ức chế tạo thành hydroxit khó tan với ion hydroxyl là sản phẩm

của quá trình catốt. Các cation là các ion sắt, magie, canxi, coban, thiếc, kẽm,

mangan và crom. Đặc biệt là sự ăn mòn sắt có thể bị kìm hãm khi có mặt ion kẽm,

canxi, mangan. Trường hợp trong dung dịch ăn mòn có những muối mà các ion của

chúng không có tính hoạt hóa hay ức chế thì nồng độ của các muối đó cũng ảnh

hưởng đến sự ăn mòn.

Nồng độ muối tăng lên, đầu tiên tốc độ ăn mòn tăng lên, sau đó giảm xuống.

Ta giải thích là đầu tiên độ dẫn điện của môi trường ăn mòn tăng lên khi tăng nồng

độ muối, nhưng nồng độ muối tăng lên tiếp thì độ hòa tan oxy giảm xuống do đó

tốc độ ăn mòn giảm xuống.

1.1.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ oxy

Quá trình catốt trong ăn mòn nhiều khi là quá trình khử oxy:

O2 + 2H2O + 4e 4

Vì vậy tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào nồng độ oxy hòa tan trong dung dịch.

Khi tăng nồng độ oxy hòa tan thì tốc độ ăn mòn tăng do tăng mật độ dòng giới hạn:

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 11 Lý Ngọc Tài

Page 12: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

= - 4F

D – hệ số khuếch tán;

– chiều dày lớp khuếch tán

– nồng độ oxy hòa tan trong dung dịch

Tuy nhiên khi nồng độ oxy vượt quá một giới hạn nào đó thì kim loại hoặc

hợp kim lại bị thụ động. Ví dụ, hợp kim Fe – Cr sẽ bị thụ động khi 0,7ml/l

dung dịch.

1.1.3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ

Trong trường hợp quá trình catốt là:

2H+ + 2e H2

thì tốc độ ăn mòn tăng lên theo nhiệt độ vì quá thế hydro giảm.

Khi quá trình catốt là sự khử oxy:

O2 + 2H2O + 4e 4

thì có hai trường hợp sẽ xảy ra:

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 12 Lý Ngọc Tài

Page 13: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

Hình 1.2: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ ăn mòn

- Nếu là hệ thống kín, oxy không bị mất mát khi tăng nhiệt độ thì tốc độ ăn

mòn tăng lên do tăng khuếch tán oxy (hình 1.2).

- Nếu hệ thống hở để thoát oxy ra ngoài thì tốc độ ăn mòn tăng đến 800C, sau

đó giảm xuống và tốc độ ăn mòn sẽ rất nhỏ ở nhiệt độ sôi của dung dịch [1].

1.1.3.5. Ảnh hưởng của CO2

Ảnh hưởng của CO2 đến quá trình ăn mòn chỉ bằng một phần mười của oxy.

Trong nước tự nhiên, CO2 chỉ có tác dụng làm kết tủa cacbonat như CaCO3.

Trường hợp khi nước luôn được tiếp xúc trực tiếp với khí CO2 (trong một số thiết

bị hơi nước hoặc trong một số thiết bị hóa chất) thì CO2 có thể bị hòa tan và tạo

thành môi trường axit yếu H2CO3. Ở 200C, độ hòa tan của CO2 trong nước là

900ml/l có thể làm giảm độ pH của nước xuống tới 6. Trong điều kiện này thép

cacbon bị ăn mòn khá mạnh [2].

1.1.3.6. Ảnh hưởng của H2S

Khi không có mặt oxy hòa tan, H2S có thể ăn mòn thép và gang. Do tồn tại

của H2S gắn liền với hoạt động của vi khuẩn hiếm khí. Hoạt động của vi khuẩn

hiếm khí tạo thành FeS và các cặp pin ăn mòn do chênh lệch nồng độ oxy. Khi

nồng độ H2S nhỏ hơn 1,5ppm thì tốc độ ăn mòn không đáng kể [2].

1.1.3.7. Ảnh hưởng của gia công nhiệt

Sự gia công nhiệt có ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ ăn mòn. Ví dụ, hợp kim

Cr18Ni10 được nung đến nhiệt độ cao, rồi làm nguồi từ từ thì cacbon sẽ kết tủa ở

biên giới giữa các hạt dưới dạng crom cacbua Cr23C6 vì Cr và C ở trạng thái rắn có

đủ thời gian để khuếch tán. Một vùng nghèo Crom sẽ hình thành ở gần biên giới hạt

các hạt, do đó vùng biên giới hạt sẽ bị ăn mòn.

1.1.3.8. Ảnh hưởng của gradient nhiệt độ

Gradient nhiệt độ trên một thanh kim loại sẽ gây nên một gradient điện thế

giữa phần nóng và phần lạnh của nó. Theo định luật Nernst:

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 13 Lý Ngọc Tài

Page 14: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

E = E0 + [RT/nF].ln (aox/ared)

trong đó:

E0 – điện thế điện cực tiêu chuẩn,

aox, ared – hoạt độ của dạng oxy hóa và khử.

thì vùng lạnh sẽ có điện thế âm hơn và sẽ là anốt so với vùng nóng. Do đó vùng

lạnh sẽ bị ăn mòn.

1.1.3.9. Ảnh hưởng của sự lắp ráp thiết bị

Lắp ráp thiết bị không đúng quy cách cũng sẽ gây ăn mòn. Cần tránh những

vấn đề sau:

- Tránh tạo thành các cặp pin galvanic giữa các kim loại khác nhau. Khi cần

phải ghép các kim loại có điện thế điện cực khác nhau chúng ta phải có cách điện

giữa chúng.

- Tránh tạo thành khe hở giữa các mối lắp ghép để tránh ăn mòn khe. Nếu có

khe hở thì bịt bằng ma tít kỵ nước hoặc mối hàn.

- Tránh gây đọng nước, bùn gây nên thông khí không đều.

- Tránh đổi chiều chuyển động chất lỏng đột ngột, van quá nhỏ hay bất

thường vì chúng sẽ tạo nên những vùng chảy xoáy tạo điều kiện xảy ra sự ăn mòn –

mài mòn.

1.2. Các biện pháp bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn trong môi trường nước

1.2.1. Bảo vệ kim loại bằng cách biến đổi môi trường

1.2.1.1. Loại trừ các cấu tử gây ăn mòn

Phần lớn các kim loại dùng để chế tạo máy móc và thiết bị đều bền trong môi

trường trung tính không chứa oxy. Ta có thể trung hòa dung dịch một cách dễ dàng,

nhưng rất khó loại trừ oxy. Độ hòa tan của oxy trong môi trường nước phụ thuộc

vào nhiệt độ, áp suất riêng phần của oxy và nồng độ muối trong dung dịch.

Loại trừ oxy có thể theo các cách sau:

a) Loại oxy bằng các phản ứng hóa học:

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 14 Lý Ngọc Tài

Page 15: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

O2 + 2Na2SO3 2Na2SO4

Ở nhiệt độ thường tốc độ của phản ứng trên chậm. Ta có thể dùng chất xúc

tác để tăng tốc độ (ví dụ, thêm 0,001ppm ion Co2+).

N2H4 + O2 2H2O + N2

Ở nhiệt độ cao N2H4 sẽ bị phân hủy:

3N2H4 N2 + 4NH3

Sử dụng N2H4 loại trừ được nguy cơ tạo muối, tuy nhiên N2H4 và NH3 gây ăn

mòn đồng và hợp kim của nó. Thừa sunfit cũng gây ăn mòn thép.

b) Loại trừ oxy bằng phương pháp vật lí.

Phương pháp này bao gồm:

Đun nóng dung dịch cho oxy bay ra.

Xử lý nước trong chân không có thể giảm nồng độ oxy xuống

còn 0,005ppm.

Những phương pháp này để loại trừ oxy trong nồi hơi.

c) Loại trừ các cấu tử gây ăn mòn khác

Ngoài oxy, khí cacbonic cũng gây ra ăn mòn do làm giảm pH bởi phản ứng:

CO2 + H2O H2CO3 +

Các amin R - NH2 thường dùng để trung hòa axit nhờ phản ứng thủy phân

sinh ra : R – NH2 + H2O +

1.2.1.2. Bảo vệ kim loại bằng các chất ức chế ăn mòn

Chất ức chế ăn mòn là những chất mà ta thêm vào môi trường một lượng rất

nhỏ nhưng kìm hãm đáng kể tốc độ ăn mòn.

Có 3 loại chất ức chế chủ yếu:

- Chất ức chế catốt

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 15 Lý Ngọc Tài

Page 16: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

- Chất ức chế anốt

- Chất ức chế hỗn hợp.

Ta sẽ đi sâu vào vấn đề này ở mục 1.3.

1.2.2. Bảo vệ kim loại bằng cách thay đổi điện thế điện cực

Phương pháp này chỉ được dùng để bảo vệ kim loại nhúng trong môi trường

có độ dẫn điện ion, ví dụ trong dung dịch hoặc dưới đất.

Nếu điện thế của kim loại được dịch chuyển về phía âm hơn thì ta nói kim

loại được bảo vệ catốt. Nếu điện thế của kim loại được dịch chuyển về phía dương

hơn thì nó được bảo vệ anốt.

- Bảo vệ bằng dòng điện ngoài

Thiết bị cần bảo vệ được nối với cực âm của nguồn điện một chiều, còn điện

cực phụ (anốt) nối với cực dương.

- Bảo vệ catốt bằng anốt hy sinh (protector)

Kim loại cần bảo vệ nối với kim loại khác có điện thế âm hơn.

Trong trường hợp này thì thiết bị kim loại được bảo vệ còn protector bị hòa tan. Nó

đã hy sinh để bảo vệ thiết bị nên có tên là anốt hy sinh.

Bảo vệ catốt bằng anốt hy sinh được sử dụng chủ yếu là bảo vệ các công

trình bằng thép cacbon trong môi trường tự nhiên (nước, cát, đất). Để bảo vệ catốt

thì anốt hy sinh phải có điện thế âm hơn kim loại cần được bảo vệ.

Li, Na, K có điện thế âm nhất nhưng bị ăn mòn cực nhanh trong môi trường

nước. Chỉ còn Mg, Al và Zn là có thể dùng được và được làm nền để chế tạo ba

loại anốt hy sinh.

- Bảo vệ anốt kim loại có khả năng bị thụ động

Phương pháp này chỉ dùng cho kim loại có khả năng bị thụ động.

Trong bảo vệ anốt thì thiết bị cần bảo vệ sẽ là anốt trong mạch điện hóa và

catốt sẽ là thép mềm, thép không gỉ, grafit. Điện thế anốt được duy trì trong vùng

thụ động bằng potentiostat và điện cực so sánh thích hợp.

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 16 Lý Ngọc Tài

Page 17: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

Ưu điểm quan trọng của bảo vệ anốt là dùng được trong các môi trường ăn

mòn cực mạnh và mật độ dòng bảo vệ nhỏ.

1.2.3. Bảo vệ kim loại bằng các lớp phủ

1.2.3.1. Lớp phủ kim loại

Để bảo vệ kim loại khỏi tác động ăn mòn của môi trường, người ta có thể sử

dụng phương pháp phủ một lớp kim loại khác lên bề mặt kim loại nền.

Lớp phủ kim loại được chia thành lớp phủ catốt và lớp phủ anốt.

- Lớp phủ catốt: Là lớp phủ kim loại có điện thế dương hơn kim loại cần bảo

vệ, ví dụ các lớp phủ đồng, niken, bạc lên nền sắt. Yêu cầu đối với lớp phủ catốt là

phải đặc sít, không có lỗ xốp để ngăn cản tốt nhất kim loại cần bảo vệ với môi

trường. Nếu có lỗ xốp thì kim loại nền có điện thế âm hơn sẽ là anốt và bị ăn mòn.

- Lớp phủ anốt: Là lớp phủ kim loại có điện thế âm hơn so với kim loại nền,

chẳng hạn lớp phủ kẽm trên nền thép. Lớp phủ này có tác dụng che phủ, còn hoạt

động như anốt hy sinh để bảo vệ cho kim loại nền. Do đó lớp phủ anốt không đòi

hỏi sự kín khít mà đòi hỏi có độ dày thích hợp, và tác dụng bảo vệ phụ thuộc vào

chiều dày lớp phủ.

1.2.3.2. Lớp phủ phi kim

- Lớp phủ oxyt, phosphat và cromat

Phần lớn kim loại đều bị oxy hóa trong không khí tạo thành các lớp oxit bề

mặt. Tuy nhiên các lớp oxit đó rất mỏng không đủ sức bảo vệ kim loại khỏi bị ăn

mòn, trong khi đó các màng oxit tạo ra bằng phương pháp điện hóa thì lại rất bền

với ăn mòn so với kim loại nền. Một số cách tạo màng: oxy hóa anốt nhôm,

phosphat hóa và cromat hóa.

- Lớp phủ sơn và vecni

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 17 Lý Ngọc Tài

Page 18: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

Sơn và vecni là những sản phẩm lỏng ta quét hoặc phun lên vật liệu kim loại

(hoặc phi kim) để trang sức, bảo vệ hoặc đem lại các tính chất đặc biệt khác như

cách điện, trừ nấm mốc…

Các lớp phủ đó gọi là màng sơn và thường gồm nhiều lớp như lớp ban đầu,

lớp hoàn thiện, lớp tăng cường, lớp trung gian. Sự khác nhau căn bản giữa sơn và

vecni là sơn có chứa gốc sắc tố còn vecni thì không.

Vecni thường bám dính tốt, cứng, nhẵn, bong, trong mờ.

Ưu điểm của các lớp sơn là dễ phủ, rẻ, dễ khôi phục chỗ bị hỏng, có thể kết

hợp với các phương pháp bảo vệ khác (anốt hy sinh, phosphate hóa…).

Khuyết điểm của lớp sơn là không chịu được nhiệt độ cao quá 2000C, độ bền

cơ kém, kém bền trong môi trường nước [1].

1.3. Bảo vệ kim loại bằng chất ức chế

Chất ức chế là chất khi cho vào môi trường ăn mòn với một lượng rất nhỏ

nhưng có tác dụng làm chậm ăn mòn hay làm giảm tốc độ ăn mòn. Trong các quá

trình ăn mòn kim loại là: quá trình anốt, quá trình catốt, và quá trình dẫn điện, việc

dùng chất ức chế ăn mòn nhằm tác động vào các quá trình này để kìm chế chúng.

Khi bị kìm chế, độ phân cực tăng lên, đường cong phân cực trở nên dốc hơn, do đó

tốc độ ăn mòn giảm đi.

Tác dụng kìm hãm tốc độ ăn mòn do một số nguyên nhân sau:

- Do các chất oxy hóa được đưa vào làm đẩy nhanh quá trình oxy hóa kim loại,

giúp cho thụ động xảy ra sớm hơn.

- Do tạo thành các hợp chất không tan trên bề mặt kim loại kể cả catốt hay anốt.

- Do hấp phụ thành một lớp đơn phân tử trên bề mặt kim loại ngăn cản sự tiếp xúc

của kim loại với môi trường ăn mòn.

- Phản ứng với dung dịch làm mất đi tác nhân ăn mòn.

Có hai loại chất ức chế chủ yếu:

- Ức chế gây thụ động

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 18 Lý Ngọc Tài

Page 19: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

- Ức chế hấp phụ

1.3.1. Chất ức chế thụ động

Chất ức chế gây thụ động làm giảm tốc độ ăn mòn kim loại do môi trường ăn

mòn gây ra và phải đáp ứng các yêu cầu sau:

Khi có mặt chất ức chế trong môi trường ăn mòn, giá trị thế oxi hoá khử

Eredox của hệ chất ức chế phải dương hơn thế thụ động Ep (hình 1.3).

E redox > E P

Giá trị mật độ dòng catốt của hệ ức chế redox iC(redox) tại thế tới hạn Ecrit phải

lớn hơn mật độ dòng tới hạn icrit (đường 1 trên hình 1.3)

iC(redox) > icrit và iăm << icrit < iC(redox)

Hình 1.3: Đường phân cực anốt xuất hiện thụ động [3].

1.Chất ức chế có nồng độ gây thụ động.

2. Chất ức chế có nồng độ chưa đủ gây thụ động.

Nếu chất ức chế có nồng độ chưa đủ để kìm hãm tốc độ ăn mòn kim loại

(đường 2 trên hình 1.3) thì kim loại vẫn bị ăn mòn.

Các chất ức chế thụ động còn gọi là chất ức chế nguy hiểm vì nếu dùng với

nồng độ không đủ, hoặc nồng độ giảm xuống dưới một giới hạn thì điện thế ăn mòn

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 19 Lý Ngọc Tài

Page 20: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

sẽ nằm ở vùng hoạt động, làm tăng tốc độ ăn mòn, hay ở vùng chuyển tiếp hoạt

động – thụ động gây ăn mòn lỗ. Khả năng thụ động gây ra bởi chất ức chế ăn mòn

sẽ giảm ở nhiệt độ cao, nồng độ muối cao, pH thấp và hàm lượng oxy hòa tan thấp.

Đối với chất ức chế thụ động như CrO42- và NO2

- thì nồng độ tới hạn của

chúng vào khoảng 10-3 đến 10-4 kmol/m3. Tăng nồng độ ion Cl- hoặc tăng nhiệt độ

thì sẽ làm tăng mật độ dòng tới hạn và thụ động tăng do đó nồng độ tới hạn của

chất ức chế gây thụ động phải tăng lên.

Một vài chất có tác dụng gián tiếp như một chất ức chế thụ động, song tác

dụng đó chỉ thể hiện khi kết hợp với oxy có mặt trong dung dịch, các chất đó thuộc

nhóm kiềm như là natrihyđroxyt, natricacbonat. Khi pH tăng thì icrit trở nên rất thấp,

làm cho kim loại bi thụ động (ví dụ như thép) do phản ứng catốt khử oxy. Cùng với

loại này còn có các muối phốt phát, silicat và borat, chúng có tác dụng ức chế trong

dung dịch gần trung tính có không khí hòa tan. Các chất này sẽ thúc đẩy sự hấp phụ

của oxy trên anốt dẫn đến sự phân cực về vùng thụ động. Các chất thụ động không

oxy hóa cũng sẽ nguy hiểm nếu hàm lượng của chúng bị thiếu hụt vì oxy yêu cầu

cho sự thụ động cũng là một tác nhân ăn mòn. Hoạt tính của chúng phụ thuộc vào

sự tạo thành các lớp bảo vệ trên bề mặt kim loại [3].

1.3.2. Chất ức chế không thụ động

Những chất ức chế loại này thường có nguồn gốc hữu cơ. Chúng hòa tan vào

dung dịch hoặc ít tan và kìm hãm tốc độ ăn mòn do hấp phụ che phủ bề mặt kim

loại. Chúng có thể kìm hãm phản ứng anốt, catốt hay cả hai đồng thời. Chúng được

gọi là chất ức chế anốt, catốt hay hỗn hợp.

1.3.2.1.Chất ức chế catốt [1]

Là chất ức chế có tác dụng lên vùng catốt của bề mặt kim loại, làm giảm quá

trình khử phân cực oxy, qua đó làm giảm tốc độ ăn mòn. Các loại chất ức chế này

thường được sử dụng cho các kim loại trong môi trường nước trung tính hay kiềm.

Đồ thị đường cong phân cực khi có chất ức chế này được thể hiện trên hình 1.4.

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 20 Lý Ngọc Tài

Page 21: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

Hình 1.4: Đường cong phân cực của kim loại khi có mặt chất ức chế catốt

1.3.2.2. Chất ức chế anốt

Là chất ức chế có tác dụng lên phần anốt của bề mặt kim loại, làm thụ động

kim loại, làm giảm phản ứng anốt qua đó làm giảm tốc độ ăn mòn. Các chất ức chế

loại này thường được sử dụng cho các kim loại dễ bị thụ động trong các môi trường

có tính oxy hóa cao [1].

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 21 Lý Ngọc Tài

Page 22: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

Hình 1.5: Đường cong phân cực của kim loại khi có mặt chất ức chế anốt

1.3.2.3. Chất ức chế hỗn hợp [1]

Là chất ức chế mà nó có tác dụng lên cả hai quá trình catốt và anốt, làm giảm

tốc độ ăn mòn kim loại.

Hình 1.6: Đường cong phân cực của kim loại khi có mặt chất ức chế hỗn hợp

1.3.3. Chất ức chế xanh

Trong công nghiệp tẩy gỉ, tẩy cặn nồi hơi, trong các quá trình gia công xử lý

bề mặt và trong các hệ thống trao đổi nhiệt,… không thể thiếu các chất ức chế. Một

số chất ức chế thường được sử dụng như:

- Hợp chất CrO42- (300 - 500 ppm), canxipolyphotphat (15 – 37 ppm), silicat (20 –

40 ppm), ức chế ăn mòn kim loại của hệ thống nước lạnh tuần hoàn.

- Hợp chất nitrit, benzoat, photphat, natrimercaptobenzotiazol, benzotriazol ức chế

ăn mòn kim loại cho hệ thống chống làm lạnh ô tô.

- Hợp chất phenylthioure, thioure, mercaptan…ức chế chống ăn mòn trong quá

trình tẩy gỉ [4].

Hiệu quả của những chất ức chế này là do sự có mặt của các nhóm chức

phân cực chứa nguyên tử N, O, S trong phân tử, các hợp chất chứa vòng thơm và

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 22 Lý Ngọc Tài

Page 23: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

điện tử pi [5]. Mỗi hợp chất có thể hấp phụ lên bề mặt kim loại và che chắn các vị

trí hoạt động bề mặt do đó làm giảm tỷ lệ ăn mòn. Mặc dù có rất nhiều hợp chất

tổng hợp được thể hiện khả năng chống ăn mòn rất tốt, song phần lớn chúng là rất

độc hại với cả con người và môi trường [6], chúng thường khá đắt và không bị

phân hủy. Do vậy, việc sử dụng các hợp chất tự nhiên làm chất ức chế ăn mòn đã

thu hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu bởi vì tinh dầu thực vật là một nguồn

hợp chất hóa học tự nhiên phong phú, bao gồm một số các thành phần như tannin,

limonen, axit hữu cơ, amino axit, ancaloit [8]…, chúng không độc hại và thân thiện

với môi trường, chúng có khả năng phân hủy và có thể được chiết bằng các phương

pháp đơn giản với chi phí thấp.

Các dịch chiết được chiết xuất từ lá, vỏ, hạt, trái cây…đã được nghiên cứu

rộng rãi như là các chất ức chế ăn mòn. Một số lượng lớn các nghiên cứu khoa học

đã nghiên cứu khả năng ức chế của một số tinh dầu thực vật đối với quá trình ăn

mòn của thép cacbon trong dung dịch axit [7].

Hiện tại, có một số các báo cáo nghiên cứu các sản phẩm tự nhiên như các

chất ức chế ăn mòn sử dụng các phế liệu từ các quá trình công nghiệp như chiết

xuất của vỏ chuối là chất ức chế ăn mòn cho thép mềm trong dung dịch axit [9] và

một số chiết xuất từ vỏ cam, xoài, tiêu đen, chanh leo, xoài được sử dụng làm chất

ức chế trong môi trường axit. [7]

Việt Nam là một nước có khí hậu nhiệt đới ẩm, có bờ biển dài… đó là những

điều kiện và môi trường làm cho kim loại bị ăn mòn với tốc độ lớn, nên phải rất cẩn

thận khi sử dụng các vật liệu kim loại và cần hạn chế sự ăn mòn kim loại đó.

Bên cạnh đó, Việt Nam có nguồn thực vật tự nhiên phong phú, đa dạng… có

một số loại cây mà trên thế giới nghiên cứu có khả năng ức chế ăn mòn. Vì vậy

việc nghiên cứu các dịch chiết được chiết xuất từ tự nhiên làm chất ức chế ăn mòn

cho kim loại là hết sức cần thiết.

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 23 Lý Ngọc Tài

Page 24: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

Nhiệm vụ của em trong đồ án này là: “Khảo sát khả năng ức chế của một số

dịch chiết được chiết xuất từ thực vật tự nhiên ở Việt Nam đối với quá trình ăn mòn

thép trong môi trường axit”.

Các loại dịch chiết nghiên cứu gồm:

- Dịch chiết vỏ bưởi Năm roi

- Dịch chiết vỏ cam

- Tinh dầu cam

- Tinh dầu tiêu đen.

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 24 Lý Ngọc Tài

Page 25: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

PHẦN 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

2.1. Chiết tách dịch chiết có hoạt tính ức chế từ vỏ bưởi, vỏ cam

2.1.1. Nguyên liệu

Nguyên liệu là vỏ bưởi năm roi, vỏ cam được lấy từ các cửa hàng. Vỏ được

rửa sạch, dùng dao gọt lấy phần vỏ ngoài (phần chứa các túi tinh dầu), sau đó được

thái nhỏ đem cân. Vỏ bưởi và vỏ cam đem thí nghiệm để ở dạng tươi.

2.1.2. Nguyên tắc chưng cất

Có rất nhiều phương pháp để tiến hành chưng cất tinh dầu như chiết xuất

bằng hơi nước, CO2, trích ly… Trong thí nghiệm này sử dụng phương pháp chưng

cất lôi cuốn theo hơi nước vì phương pháp này là một phương pháp đã được sử

dụng từ rất lâu, dễ tiến hành đồng thời phù hợp với quy mô phòng thí nghiệm, chi

phí tiến hành thí nghiệm không quá đắt.

Quá trình chưng cất được thực hiện như sau: vỏ được chuẩn bị như trong

mục 2.1.1 và được ngâm vào nước, sau đó được xay nhỏ bằng máy xay sinh tố rồi

cho vào bình chưng cất sau đó được tiến hành theo phương pháp chưng cất hôi

cuốn theo hơi nước (hình 2.1).

Ban đầu một lớp dịch chiết và nước có thể được thấy ngưng tụ trên thủy tinh

tại nhiệt độ chưng cất 98°C. Trong quá trình chưng nhiệt độ sẽ tăng lên đến 100°C

thì thành phần chưng cất thu được chỉ là nước (1000C là nhiệt độ bay hơi của nước)

do vậy có thể kết thúc quá trình chưng cất.

Sản phẩm cuối thu được ở bình cầu 4 được chiết bằng phễu chiết quả lê. Do

tỷ trọng của hoạt chất thu được nhỏ hơn nước nên nổi lên trên và tách riêng được

hoạt chất sau khi loại bỏ phần nước nặng hơn phía dưới.

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 25 Lý Ngọc Tài

Page 26: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

Hình 2.1: Thiết bị chưng cất dịch chiết quy mô phòng thí nghiệm

1. Bình chưng cất. 5. Bếp đun.

2. Nhiệt kế. 6. Đường nước vào, ra làm mát.

3. Sinh hàn nước. 7. Giá đỡ thí nghiệm.

4. Bình thu sản phẩm. 8. Cổ nối bổ xung nước vào bình chứa.

2.1.3. Hiệu suất chiết tách

Dựa vào khối lượng vỏ bưởi và khối lượng hoạt chất thu được ta sẽ xác định

được hiệu suất của quá trình chiết tách.

Công thức xác định hiệu suất chiết tách:

(2.1)

Trong đó:

mv: Khối lượng vỏ, g

mhc: Khối lượng hoạt chất chiết được, g

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 26 Lý Ngọc Tài

Page 27: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

2.2. Chuẩn bị thí nghiệm

2.2.1. Chuẩn bị dung dịch

Trong nghiên cứu sử dụng các dung dịch HCl 1N khi thêm dịch chiết và tinh

dầu với các nồng độ là 1, 2 và 3g/l. Riêng Urotropin dùng với các nồng độ từ 1 đến

4 g/l vì Urotropin là chất ức chế phổ biến trong công nghiệp mà nồng độ khuyên

dùng là 3,5g/l.

Các dịch chiết nghiên cứu gồm:

- Dịch chiết vỏ bưởi năm roi (tự chiết)

- Dịch chiết vỏ cam (tự chiết)

- Tinh dầu cam (mua)

- Tinh dầu tiêu đen (mua).

Cách pha dung dịch:

- Dung dịch axit: Dung dịch axit HCl 1N được pha từ dung dịch axit HCl đặc

36 - 38%, d=1,18g/l.

- Dung dịch axit có Urotropin: Pha các dung dịch axit HCl 1N có chứa

Urotropin với các nồng độ 1g/l, 2g/l, 3g/l và 4g/l. Các dung dịch có nồng độ thấp

hơn thì được pha loãng từ dung dịch có 4g/l Urotropin bằng cách bổ sung axit HCl

1N. Dung dịch HCl 1N có 4g/l Urotropin được pha từ dung dịch axit HCl 1N, cân

và tính toán để pha dung dịch axit có nồng độ Urotropin là 4g/l, sau đó đổ vào bình

định mức và định mức tới vạch.

- Dung dịch axit có tinh dầu và dịch chiết: Từ dung dịch axit HCl 1N, cân và

tính toán để pha dung dịch axit có chứa dịch chiết với nồng độ 3g/l, sau đó đổ vào

bình định mức và định mức tới vạch. Với các dung dịch với nồng độ 1g/l và 2g/l thì

được pha loãng từ dung dịch có chứa dịch chiết với nồng độ 3g/l bằng cách bổ

xung thêm axit HCl 1N để đạt nồng độ mong muốn.

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 27 Lý Ngọc Tài

Page 28: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

2.2.2. Chuẩn bị mẫu

Mẫu dùng trong nghiên cứu là thép xây dựng đường kính 8mm.

- Điện cực nghiên cứu:

Mẫu được chuẩn bị như sau: Từ thanh thép dài cưa thành các mẫu thép có

chiều dài là 1cm. Một đầu được hàn nối với dây dẫn điện, phủ keo epoxy chỉ để

diện tích điện cực nghiên cứu là 0,5cm2.

Trước khi thí nghiệm, bề mặt điện cực nghiên cứu được mài bằng máy mài

và được mài lại bằng giấy ráp từ thô tới mịn. Sau khi bề mặt mẫu đã sạch đem rửa

bằng xà phòng, rửa sạch bằng nước, tráng lại bằng nước cất và lau khô bằng giấy

thấm tẩm cồn.

Điện cực chưa sử dụng được bảo quản trong túi kín, trước khi đem ra sử

dụng đánh lại bằng giấy ráp mịn, rửa lại bằng xà phòng, rửa sạch bằng nước, tráng

lại bằng nước cất và lau khô bằng giấy thấm tẩm cồn.

Điện cực trong phương pháp khối lượng có diện tích từ 6 – 7cm2. Sau khi

mẫu đã chuẩn bị xong đem cân, ghi lại các thông số và ngâm trong các dung dịch

khảo sát ngay.

- Điện cực so sánh: điện cực so sánh được dùng là điện cực Ag/AgCl trong

KCl bão hòa.

- Điện cực đối: điện cực lưới platin.

2.3. Chế độ thí nghiệm

Tất cả các thí nghiệm được tiến hành ở nhiệt độ phòng (~250C).

Khảo sát trực tiếp trong dung dịch HCl 1N có thêm Urotropin, dịch chiết vỏ

bưởi Năm roi, dịch chiết vỏ cam, tinh dầu cam và tinh dầu tiêu đen với các nồng độ

nghiên cứu.

Các mẫu sau khi được gia công bề mặt xong được ngâm vào các dung dịch

nghiên cứu. Tiến hành thí nghiệm trong thời gian là 1 giờ.

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 28 Lý Ngọc Tài

Page 29: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

Tiến hành đo đường cong phân cực và phổ tổng trở của các mẫu trong các

dung dịch nghiên cứu. Các thí nghiệm được tiến hành khi ngâm mẫu 30 phút trong

các dung dịch nghiên cứu khi điện thế ăn mòn tự do đạt trạng thái ổn định.

2.4. Thông số đo và phương pháp đo

Để nghiên cứu quá trình ăn mòn của kim loại trong các môi trường nghiên

cứu, sử dụng các phương pháp: phương pháp đo điện hóa để đo đường cong phân

cực và phổ tổng trở Nyquist, phương pháp khối lượng để xác định tốc độ ăn mòn.

2.4.1. Phương pháp đo đường cong phân cực.

Đường cong phân cực là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa điện thế điện cực

và mật độ dòng áp vào, là một công cụ hữu ích để nghiên cứu quá trình điện cực.

Nguyên tắc đo: có thể đo đường cong phân cực theo ba phương pháp sau:

- Phương pháp dòng tĩnh (Galvanostatic): trong phương pháp này ta cho một

dòng điện một chiều có cường độ dòng I không đổi (mật độ dòng điện ik không đổi)

đi qua điện cực nghiên cứu và đo thế điện cực E tương ứng. Cho nhiều giá trị mật

độ dòng anốt ia đo các giá trị Ea, vẽ đường Ea = f(logia).Đổi cực, cho nhiều giá trị

mật độ dòng catốt ic, đo các giá trị Ec, vẽ đường Ec = f(logic).

Các đường Ea, Ec là các đường cong phân cực anốt và catốt đo theo phương

pháp dòng tĩnh tức là dòng không đổi.

- Phương pháp thế tĩnh (Potentiostatic): nghĩa là ta điện thế trên điện cực

làm việc được duy trì ở một giá trị không đổi (E) so với điện cực so sánh nhờ một

máy điện tử đặc biệt gọi là potentiostat. Cho áp lên điện cực làm việc các điện thế

khác nhau và ghi lại dòng điện đáp ứng. Tập hợp các cặp giá trị E – i ta xây dựng

đường cong phân cực.

- Phương pháp thế động (Potentiondyamic): trong phương pháp này, điện

thế được quét chậm trong một khoảng điện thế rộng. Trong quá trình quét, kim loại

có thể chịu tác dụng của các phản ứng điện hóa, các dòng anốt và catốt có thể làm

thay đổi nhiều tính chất của chúng.

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 29 Lý Ngọc Tài

Page 30: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

Sơ đồ phép đo đường cong phân cực được trình bày ở hình 2.2

Hình 2.2: Sơ đồ thiết bị đo đường cong phân cực

1. Bình đo, gồm 3 điện cực

` WE: điện cực nghiên cứu

RE: điện cực so sánh

CE: điện cực đối

2. Bộ potentiostat

3. Bộ biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số và ngược lại

4. Máy vi tính, máy in.

Trong thí nghiệm này, đường cong phân cực được đo bằng phương pháp thế

động với hệ điện hóa gồm 3 điện cực: điện cực nghiên cứu (mẫu thép), điện cực so

sánh (điện cực Ag/AgCl), điện cực phụ (điện cực lưới Pt). Đường cong phân cực

của các mẫu thép trong dung dịch axit HCl 1N khi không có và khi có chất ức chế

với các nồng độ khác nhau được quét với khoảng thế từ -300 mV đến +300 mV so

với điện thế ăn mòn, tốc độ quét là 5mV/s trên hệ đo điện hóa với phần mềm GPES

được cung cấp bởi máy AutoLab được nối với máy tính cá nhân.

Kết quả đo của phương pháp cho đồ thị có dạng như trong hình 2.3

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 30 Lý Ngọc Tài

Page 31: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

Hình 2.3: Đường cong phân cực đo bằng phương pháp thế động

Qua đồ thị đường cong phân cực ta có thể xác định được:

- Điện thế ăn mòn.

- Giá trị dòng ăn mòn (ngoại suy từ đồ thị).

Từ kết quả dòng ăn mòn trong trường hợp không có và có chất ức chế ngoại suy

được từ đồ thị có thể tính được hiệu quả bảo vệ theo công thức:

(2.2)

: mật độ dòng ăn mòn khi không có chất ức chế, mA/cm2.

ic: mật độ dòng ăn mòn khi có chất ức chế, mA/cm2

2.4.2. Phương pháp tổng trở.

Trong phương pháp này chúng ta nghiên cứu sự đáp ứng của điện cực ăn

mòn khi áp đặt lên nó một điện thế xoay chiều biên độ nhỏ có tần số thay đổi trong

phạm vi rộng.

Khi ta cho một dao động biên độ nhỏ xoay chiều hình sin Uo, tần số góc ω =

2πf đi qua một hệ điện hoá cần nghiên cứu thì trong mạch sẽ xuất hiện một dòng

điện đáp ứng hình sin có biên độ Io cùng tần số góc ω nhưng lệch pha một góc φ so

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 31 Lý Ngọc Tài

Lg Iăm Lg I

Page 32: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

với điện thế đưa vào. Vì biên độ của dao động nhỏ nên có thể tuyến tính hoá các

phương trình.

Hình 2.4: Sơ đồ khối mô phỏng nguyên lý đo tổng trở [1]

Trong đó: ũ = Uo sin ωt

ĩ = Io sin ( ωt+φ )

Theo định luật Ohm có thể định nghĩa tổng trở Z(ω) như sau:

Z(ω) = ũ / ĩ = (Uo/ Io) exp(-jφ) = Z. exp(-jφ)

Z(ω) là một hàm số phức,có thể biểu diễn trong hệ toạ độ điện cực bởi biên

độ Z và góc pha φ, hoặc trong tọa độ đề các: Z(ω) = ZRe + j.ZIm

Trong đó: ZRe (Z’) là phần thực của tổng trở, ZIm (Z”) là phần ảo của tổng trở

ZRe = Z cosφ

ZIm = Z sin φ

tg (φ) = (ZIm/ZRe).

Sơ đồ mạch tương đương của bình điện hoá được thể hiện trên hình 2.5

Hình 2.5: Mạch tương đương của một bình điện phân.

Trong đó: R: là điện trở dung dịch

Zf: là tổng trở quá trình Faraday

Cd: là điện dung của lớp kép

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 32 Lý Ngọc Tài

Page 33: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

Nếu hệ thống bình điện phân thoả mãn sơ đồ Randles thì tổng trở bình điện

phân sẽ là:

Tách phần thực với phần ảo phương trình tổng trở bình điện phân trên, ta có:

- Khi tần số ω → 0 thì :

ZRe = Rdd + Rct + δω-1/2

ZIm = -δω-1/2 – 2.δ2 Cd

Hình 2.6: Phổ Nyquist

Phổ nhận được tuỳ theo cách biểu diễn số liệu có 2 dạng với tên gọi là phổ

Nyquits (hình 2.6) hoặc phổ Bode. Đường biểu diễn trục thực (ZRe) theo trục ảo

(ZIm) (phổ Nyquits) sẽ là đường thẳng với độ dốc bằng 1 và ngoại suy sẽ cắt trục

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 33 Lý Ngọc Tài

Page 34: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

thực ZRe tại (Rdd+Rct - 2δ2Cd). Đường thẳng này tương ứng với khống chế khuếch

tán và tổng trở Warburg có độ lệch pha là π/4.

- Khi ω →∞: ở tần số cao phản ứng chỉ bị khống chế động học và Rct >>Zw

Cuối cùng ta có: (ZRe - Rdd – Rct/2)2 + (ZIm)2 = (Rct/2)2

Đó chính là biểu thức của vòng tròn bán kính Rct/2 cắt trục ZRe tại Rdd khi ω

→ ∞ và tại Rdd + Rct khi ω → 0.

Khi quá trình điện cực gồm nhiều giai đoạn thì ta có thể thấy các nửa vòng

tròn liên tiếp xuất hiện.

Khi có sự hấp phụ còn thấy nửa vòng tròn ở dưới trục ZRe.

Khi ω →0 và khi có sự thụ động còn thấy giá trị điện trở âm.

Trong nghiên cứu này, tiến hành đo tổng trở của thép trong dung dịch HCl

1N khi không có và khi có Urotropin với các nồng độ 1, 2, 3 và 4g/l còn với các

dịch chiết và tinh dầu thì với nồng độ 1, 2 và 3g/l sau 30 phút ngâm mẫu với tần số

từ 10kHz đến 5mHz khi áp một biên độ điện thế xoay chiều là 10mV. Phép đo

được thực hiện trên hệ đo điện hóa với phần mềm FRA được cung cấp bởi máy

AutoLab được nối với máy tính cá nhân.

Hiệu quả bảo vệ được xác định theo công thức:

(2.3)

Trong đó: : Điện trở chuyển điện tích khi có chất ức chế, Ohm

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 34 Lý Ngọc Tài

Page 35: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

: Điện trở chuyển điện tích khi không có chất ức chế, Ohm.

2.4.3. Phương pháp khối lượng.

Phương pháp khối lượng dựa vào sự thay đổi khối lượng của mẫu nghiên cứu

trước và sau khi ngâm trong dung dịch nghiên cứu.

Mẫu thép sau khi gia công bề mặt xong, đem cân và ghi lại khối lượng trước

khi thí nghiệm sau đó được ngâm vào các dung dịch nghiên cứu với thời gian là 1

giờ. Mỗi chế độ được thực hiện với tối thiểu 2 mẫu thép và kết quả tốc độ ăn mòn

được lấy trung bình cho tấ cả các mẫu.

Dựa vào sự thay đổi khối lượng của mẫu thép, xác định được tốc độ ăn mòn

theo công thức:

, mg/cm2.h (2.4)

Trong đó S: diện tích bề mặt mẫu, cm2.

mtr, ms: khối lượng mẫu kim loại trước và sau khi thí nghiệm, mg.

t: thời gian thí nghiệm, h.

Hiệu quả bảo vệ được xác định theo công thức:

= x 100% (2.5)

Trong đó: K0 – tốc độ ăn mòn khi không có chất ức chế, mg/cm2.h

K1 – tốc độ ăn mòn khi có chất ức chế, mg/cm2.h.

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 35 Lý Ngọc Tài

Page 36: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Mục tiêu của đồ án là khảo sát khả năng ức chế của một số dịch chiết được

chiết xuất từ thực vật tự nhiên ở Việt Nam đối với quá trình ăn mòn thép trong môi

trường axit gồm: dịch chiết vỏ bưởi Năm roi, dịch chiết cam, tinh dầu cam và tinh

dầu tiêu đen. Đầu tiên chúng tôi tiến hành khảo sát khả năng ức chế của Urotropin

đối với quá trình ăn mòn thép trong môi trường axit, đây là chất ức chế được sử dụng

phổ biến trong công nghiệp.

3.1. Nghiên cứu khả năng ức chế của Urotropin đối với quá trình ăn mòn thép

trong môi trường axit HCl 1N

Để khảo sát khả năng ức chế của Urotropin đối với quá trình ăn mòn thép

trong môi trường axit HCl 1N, chúng tôi tiến hành đo đường cong phân cực, đo phổ

tổng trở và xác đinh tốc độ ăn mòn (bằng phương pháp khối lượng) của thép trong

dung dịch HCl 1N khi có Urotropin với các nồng độ 1, 2, 3 và 4g/l.

3.1.1. Ảnh hưởng của Urotropin đến đường cong phân cực của thép trong môi

trường axit HCl 1N

Các phép đo được tiến hành sau ngâm mẫu 30 phút trong các dung dịch nghiên

cứu khi điện thế ăn mòn đạt trạng thái ổn định. Kết quả đo đường cong phân cực của

thép trong dung dịch HCl 1N khi không có và khi có Urotropin với các nồng độ thêm

vào từ 1 g/l đến 4 g/l được thể hiện trên hình 3.1.

Từ hình 3.1 ta thấy rằng việc thêm Urotropin vào dung dịch HCl 1N có ảnh

hưởng đến đường cong phân cực của thép. Điện thế ăn mòn của thép trong dung dịch

HCl 1N có giá trị là –416mV so với điện cực bạc clorua. Khi nồng độ ức chế tăng từ

1 g/l đến 4 g/l thì điện thế ăn mòn của thép trong các dung dịch nghiên cứu có thay

đổi – dịch chuyển về phía âm, tuy nhiên không nhiều chỉ từ vài mV tới 20 mV. Đồng

thời ta cũng quan sát thấy khi thêm Urotropin vào dung dịch đều nhận thấy sự thay

đổi ở cả hai nhánh của đường cong phân cực. Cụ thể, khi nồng độ Urotropin tăng, cả

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 36 Lý Ngọc Tài

Page 37: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.000001 0.00001 0.0001 0.001 0.01 0.1 1

Lg I, (A)

E, (

V.v

s A

g/A

gC

l)0 g/l

1 g/l

2 g/l

3 g/l

4 g/l

Hình 3.1: Đường cong phân cực của thép trong dung dịch HCl 1N với

các nồng độ Urotropin khác nhau

hai nhánh anốt và catốt đều dịch chuyển về phía trái – phía mật độ dòng nhỏ hơn

nhưng không có quy luật rõ rệt. Điều này cho thấy Urotropin có tác dụng như là một

chất ức chế hỗn hợp đối với quá trình ăn mòn thép trong môi trường axit HCl 1N.

Bảng 3.1: Hiệu quả bảo vệ của Urotropin (Uro) đối với quá trình ăn mòn thép trong

dung dịch HCl 1N với các nồng độ khác nhau

Nồng độ Uro, g/l Ec, mV Ic, mA ic, mA/cm2 Ηi, %

0 -416 1,492 2,972 0

1 -434 0,125 0,249 91,6

2 -430 0,0412 0,0813 97,3

3 -423 0,0312 0,0621 97,9

4 -428 0,0572 0,1140 96,2

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 37 Lý Ngọc Tài

Page 38: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

Bằng phương pháp ngoại suy Tafel chúng tôi đã xác định được mật độ dòng

ăn mòn và từ đó xác định được hiệu quả bảo vệ của Urottropin đối với quá trình ăn

mòn thép trong dung dịch HCl 1N theo công thức (2.2), kết quả được đưa ra trong

bảng 3.1.

Bảng 3.1 cho thấy mật độ dòng ăn mòn của thép trong dung dịch axit giảm rất

nhiều khi có mặt Urotropin. Với nồng độ Uro 1g/l đã đạt hiệu quả bảo vệ là 91,6%.

Khi tăng nồng độ Uro thì mật độ dòng ăn mòn của thép giảm. Hiệu quả bảo vệ cao

nhất đạt tới 97,9% ở nồng độ Uro là 3g/l.

Song song với việc đo đường cong phân cực, chúng tôi còn tiến hành đo phổ

tổng trở điện hóa của thép trong các dung dịch nghiên cứu.

3.1.2. Ảnh hưởng của Urotropin đến phổ tổng trở điện hóa của thép trong dung

dịch nghiên cứu

Các phép đo được tiến hành sau khi ngâm mẫu 30 phút trong các dung dịch

nghiên cứu.

0

50

100

0 50 100 150 200 250

Z', (Ohm)

- Z

", (

Oh

m)

0 g/l

1 g/l

2 g/l

3 g/l

4 g/l

Hình 3.2: Phổ Nyquist của thép trong dung dịch axit HCl 1N khi có

Urotropin với các nồng độ khác nhau

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 38 Lý Ngọc Tài

Page 39: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

Kết quả đo phổ tổng trở của thép trong dung dịch HCl 1N khi không có và có

Urotropin với các nồng độ từ 1 đến 4 g/l được đưa ra trên hình 3.2.

Các phổ tổng trở (hình 3.2) gồm các nửa vòng tròn cho thấy quá trình chuyển

điện tích là quá trình chủ yếu khống chế quá trình ăn mòn. Phổ Nyquist được phân

tích phù hợp với sơ đồ mạch tương đương như trong hình 3.3 [6, 8].

Hình 3.3: Sơ đồ mạch tương đương của điện cực thép trong dung dịch axit

Trong đó: Rdd – điện trở dung dịch

Rct – điện trở chuyển điện tích

Cd – điện dung lớp kép

Các giá trị của điện trở dung dịch (Rdd) và điện trở chuyển điện tích (Rct)

được xác định bằng cách fít mạch bằng chương trình phân tích của phần mềm FRA

được cung cấp bởi máy AutoLab được nối với máy tính cá nhân tương ứng với khi

và 0 [1].

Hiệu quả bảo vệ được tính theo công thức (2.3) và được đưa ra trên hình 3.2.

Bảng 3.2: Điện trở dung dịch, điện trở chuyển điện tích và hiệu quả bảo vệ đối với quá

trình ăn mòn thép trong dung dịch HCl 1N khi có chất ức chế Urotropin

với các nồng độ khác nhau

Nồng độ, g/l Rdd, Ohm Rct, Ohm H, %

0 1,44 20,538 0

1 1,1 113,576 81,9

2 1,3 184,923 88,9

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 39 Lý Ngọc Tài

Rdd

Page 40: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

3 1,8 215,782 90,5

4 1,0 180,582 88,6

Từ bảng 3.2 ta thấy điện trở của dung dịch Rdd nằm trong khoảng từ 1,0 tới

1,8 Ohm, còn giá trị của Rct tăng với sự tăng nồng độ của chất ức chế điều này cho

thấy sự giảm tốc độ ăn mòn của thép hay sự tăng hiệu quả bảo vệ theo sự tăng nồng

độ Urotropin. Hiệu quả bảo vệ xác định từ Rct của phổ Nyquist có chênh lệch so với

phương pháp đường cong phân cực (bảng 3.1) nhưng chênh lệch nhỏ và có thể coi

là sai số phương pháp. Hiệu quả bảo vệ cao nhất đạt là 90,5% khi trong dung dịch

có 3g/l chất ức chế Urotropin.

Để kiểm tra khả năng ức chế của Urotropin đối với quá trình ăn mòn thép

trong dung dịch HCl 1N chúng tôi còn tiến hành khảo sát tốc độ ăn mòn của thép

trong các dung dịch nghiên cứu bằng phương pháp khối lượng.

3.1.3. Ảnh hưởng của chất ức chế Urotropin đến tốc độ ăn mòn thép trong môi

trường axit HCl 1N

Tốc độ ăn mòn thép được xác định bằng phương pháp khối lượng khi mẫu

thép được ngâm trong dung dịch HCl 1N khi không có và khi có Urotropin với các

nồng độ 1, 2, 3, 4g/l và thời gian ngâm mẫu là 1h, kết quả được thể hiện ở hình 3.4.

0

1

2

3

4

5

0 1 2 3 4Nồng độ Urotropin, (g/l)

Tố

c đ

ộ ă

n m

òn

, (m

g/c

m2

.h)

Hình 3.4: Tốc độ ăn mòn của thép trong dung dịch HCl 1N với

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 40 Lý Ngọc Tài

Page 41: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

các nồng độ Urotropin khác nhau

Khi thêm Urotropin vào dung dịch HCl 1N tốc độ ăn mòn của thép giảm đi

rõ rệt. Tốc độ ăn mòn của thép trong dung dịch HCl 1N là 4,6116 mg/cm2.h sau khi

ngâm mẫu trong 1h. Tốc độ ăn mòn của thép chỉ còn là 1,01 mg/cm2.h trong dung

dịch có nồng độ là 3 – 4 g/l. Hiệu quả bảo vệ của Urotropin đối với quá trình ăn

mòn thép được xác định theo công thức (2.5), kết quả được đưa ra trên hình 3.5.

Qua hình 3.5 ta thấy hiệu quả bảo vệ đối với quá trình ăn mòn thép tăng khi

tăng nồng độ chất ức chế Urotropin, hiệu quả bảo vệ đạt cao nhất khoảng 80%

trong dung dịch có từ 3 – 4g/l chất ức chế.

0

20

40

60

80

100

0 1 2 3 4

Nồng độ Urotropin, (g/l)

Hiệ

u q

uả

bảo

vệ,

(%

)

Hình 3.5: Hiệu quả bảo vệ đối với quá trình ăn mòn thép trong

dung dịch HCl 1N với các nồng độ Urotropin khác nhau.

Kết quả trên cho thấy, hiệu quả bảo vệ tính được theo cả ba phương pháp là

khác nhau, tuy nhiên chúng cùng chung quy luật: khi nồng độ chất ức chế tăng thì

tốc độ ăn mòn thép giảm hay hiệu quả bảo vệ tăng. Hiệu quả bảo vệ cao nhất ứng với

nồng độ chất ức chế trong khoảng từ 3 - 4g/l. Sự sai khác của ba phương pháp là do

sai số của các phép đo và sự sai khác giữa các phương pháp.

3.2. Nghiên cứu khả năng ức chế của dịch chiết vỏ bưởi Năm roi đối với quá

trình ăn mòn thép trong môi trường axit HCl 1N

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 41 Lý Ngọc Tài

Page 42: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

Theo một số các nghiên cứu khoa học đã công bố [7, 9] dịch chiết từ vỏ quả

họ cam có khả năng ức chế đối với quá trình ăn mòn thép trong môi trường axit. Do

vậy trong đồ án này, chúng tôi tiến hành chiết tách dịch chiết từ vỏ bưởi Năm Roi

và vỏ cam.

3.2.1. Chiết tách dịch chiết từ vỏ bưởi Năm Roi (VBNR)

Để thu được dịch chiết từ vỏ bưởi có rất nhiều phương pháp, tuy nhiên trong

nghiên cứư này ta dùng phương pháp chưng cất lôi cuốn theo hơi nước. Quy trình

chiết đã được trình bày như trong mục 2.1. Tuy cùng giống bưởi Năm Roi nhưng

tùy thời gian thu hoạch cũng như chúng thuộc các họ bưởi khác nhau và điều kiện

chiết tách khác nhau thì hiệu suất chiết tách thu được là khác nhau. Hiệu suất chiết

tách được xác định theo công thức (2.1) và kết quả được đưa ra ở bảng 3.3.

Bảng 3.3: Hiệu suất chiết tách dịch chiết từ VBNR

MẻKhối lượng

nguyên liệu, g

Khối lượng dịch

chiết, gHiệu suất chiết,% Ghi chú

1 462 4,1926 0,9 -

2 283 2,7513 0,97 -

3 181 3,1926 1,76 bổ sung nước

4 487 5,0036 1,03 -

5 509 9,9205 1,95 bổ sung nước

Từ bảng 3.3 ta thấy hiệu suất chiết ở các mẻ khác nhau là khác nhau, hiệu

suất chiết trung bình đạt 1,2%. Một số nguyên nhân có thể dẫn đến sự sai khác đó

có thể do: nguồn nguyên liệu, thời gian chiết tách khác nhau, tỷ lệ nguyên liệu trên

nước. Hiệu suất chiết tách đạt cao nhất ở mẻ 3 (1,76%) và mẻ 5 (1,95%) có thể do

trong quá trình thí nghiệm ở hai mẻ này có bổ sung thêm nước và thời gian chiết

tách lâu hơn.

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 42 Lý Ngọc Tài

Page 43: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

Do vậy để thu được hiệu suất chiết tách cao hơn thì trong quá trình chiết cần

bổ sung thêm nước và chiết trong thời gian lâu hơn.

3.2.2. Ảnh hưởng của dịch chiết vỏ bưởi Năm roi đến đường cong phân cực của

thép trong môi trường axit HCl 1N

Đường cong phân cực của thép trong dung dịch HCl 1N khi không có và khi

có dịch chiết VBNR với các nồng độ 1, 2 và 3g/l được tiến hành sau 30 phút ngâm

mẫu trong các dung dịch nghiên cứu. Kết quả đo được đưa ra trên hình 3.6.

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.000001 0.00001 0.0001 0.001 0.01 0.1 1Lg I, (A)

E,

(V.v

s A

g/A

gC

l)

0 g/l

1 g/l

2 g/l

3 g/l

Hình 3.6: Đường cong phân cực của thép trong dung dịch HCl 1N khi có dịch chiết vỏ

bưởi Năm Roi ở các nồng độ khác nhau

Hình 3.6 cho thấy rằng việc thêm dịch chiết vỏ bưởi vào dung dịch HCl 1N có

ảnh hưởng đến đường cong phân cực của thép. Điện thế ăn mòn của thép trong dung

dịch HCl 1N có giá trị là –416mV so với điện cực bạc clorua. Khi nồng độ dịch chiết

tăng từ 1 g/l đến 3 g/l thì điện thế ăn mòn của thép trong các dung dịch nghiên cứu

dịch chuyển về phía âm nhưng không nhiều lắm chỉ từ vài mV tới 35 mV. Đồng thời

ta cũng quan sát thấy khi thêm dịch chiết vỏ bưởi vào dung dịch đều nhận thấy sự

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 43 Lý Ngọc Tài

Page 44: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

thay đổi ở cả hai nhánh của đường cong phân cực. Cụ thể, khi nồng độ dịch chiết

tăng, cả hai nhánh anốt và catốt đều dịch chuyển về phía trái – phía mật độ dòng nhỏ

hơn, tuy nhiên nhánh anốt dịch chuyển không đáng kể còn nhánh catốt thì dịch

chuyển rõ rệt. Theo một số nghiên cứu trước, các tác giả cho thấy dịch chiết từ vỏ

quả họ cam có tác dụng như là một chất ức chế hỗn hợp [7]. Tuy nhiên, theo khảo sát

của chúng tôi thì dịch chiết vỏ bưởi Năm roi có tác dụng nghiêng về là chất ức chế

catốt đối với quá trình ăn mòn thép trong môi trường axit HCl 1N.

Bên cạnh đó chúng tôi đã xác định được dòng ăn mòn bằng phương pháp

ngoại suy Tafel và từ đó xác định được hiệu quả bảo vệ cho thép trong dung dịch

HCl 1N khi có dịch chiết vỏ bưởi Năm roi với các nồng độ khác nhau theo công thức

(2.2), kết quả được trình bày trong bảng 3.4.

Bảng 3.4: Hiệu quả bảo vệ của dịch chiết VBNR đối với quá trình ăn mòn thép trong

dung dịch HCl 1N với các nồng độ khác nhau

Nồng độ, g/l Ec, mV Ic, mA ic, mA/cm2 Ηi, %

0 -416 1,492 2,972 0

1 -441 0,0906 0,1806 93,9

2 -451 0,0369 0,0735 97,5

3 -422 0,0255 0,0507 98,3

Bảng 3.4 cho thấy khi thêm dịch chiết VBNR làm giảm hẳn mật độ dòng của

thép trong dung dịch axit. Khi nồng độ dịch chiết tăng thì mật độ dòng ăn mòn giảm

hay hiệu quả bảo vệ tăng nhưng không nhiều. Khi nồng độ dịch chiết tăng từ 2 đến

3g/l thì hiệu quả bảo vệ chỉ tăng thêm gần 1% từ 97,5% đến 98,3%.

Đồng thời với việc đo đường cong phân cực chúng tôi còn tiến hành đo phổ

tổng trở điện hóa trong các dung dịch nghiên cứu để thấy rõ hơn khả năng ức chế ăn

mòn của dịch chiết VBNR.

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 44 Lý Ngọc Tài

Page 45: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

3.2.3. Ảnh hưởng của dịch chiết vỏ bưởi Năm Roi đến phổ tổng trở điện hóa của

thép trong dung dịch nghiên cứu

Phổ tổng trở của thép trong dung dịch HCl 1N khi có dịch chiết vỏ bưởi Năm

roi với các nồng độ 1, 2 và 3g/l được tiến hành sau thời gian ngâm mẫu 30 phút trong

dung dịch nghiên cứu. Kết quả đo được thể hiện trong hình 3.7.

0

50

100

150

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Z', (Ohm)

- Z

", (

Oh

m)

0 g/l

1 g/l

2 g/l

3 g/l

Hình 3.7: Phổ Nyquist của thép trong dung dịch axit HCl 1N khi có dịch chiết

vỏ bưởi Năm Roi với các nồng độ khác nhau

Phổ Nyquist (hình 3.7) được phân tích theo sơ đồ mạch tương đương như

trong hình 3.3 [6, 8]. Các số liệu fít mạch được trình bày trong bảng 3.5

Bảng 3.5: Điện trở dung dịch, điện trở chuyển điện tích và hiệu quả bảo vệ đối với quá

trình ăn mòn thép trong dung dịch HCl 1N khi có dịch chiết VBNR với

các nồng độ khác nhau

Nồng độ, g/l Rdd, Ohm Rct, Ohm H, %

0 1,44 20,538 0

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 45 Lý Ngọc Tài

Page 46: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

1 1,06 130,322 84,2

2 1,02 311,790 93,4

3 1,05 239,96 91,6

Ta thấy rằng, giá trị của Rct tăng với sự tăng nồng độ của dịch chiết, tương

ứng với sự giảm tốc độ ăn mòn của thép hay sự tăng hiệu quả bảo vệ. Hiệu quả bảo

vệ đạt tới 93,4% ứng với hàm lượng dịch chiết trong dung dịch là 2g/l.

Kết quả trên cho thấy, hiệu quả bảo vệ tính được theo hai phương pháp là

khác nhau, tuy nhiên chúng cùng chung quy luật: khi nồng độ chất ức chế tăng thì

tốc độ ăn mòn thép giảm hay hiệu quả bảo vệ tăng. Hiệu quả bảo vệ cao nhất ứng

với nồng độ dịch chiết trong khoảng từ 2 - 3g/l. Sự sai khác của hai phương pháp là

do sai số của các phép đo và sự sai khác giữa các phương pháp.

Như vậy, dịch chiết VBNR có tác dụng ức chế tương đương như Uro đối với

quá trình ăn mòn thép trong môi trường axit HCl 1N (~ 98% tại nồng độ 2g/l). Như

vậy có thể coi dịch chiết VBNR là chất ức chế xanh có tác dụng ức chế hiệu quả

đối với thép trong môi trường axit HCl 1N.

3.3. Nghiên cứu khả năng ức chế của dịch chiết vỏ cam đối với quá trình ăn

mòn thép trong môi trường axit HCl 1N

Theo một số nghiên cứu, các tác giả cho thấy dịch chiết từ vỏ cam có tác

dụng ức chế đối với quá trình ăn mòn thép trong môi trường axit. Nguồn vỏ cam là

tương đối lớn trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm. Trong nghiên cứu này, vỏ

cam được thu hồi từ các quán nước giải khát sau khi cam được vắt lấy nước.

3.3.1. Chiết tách dịch chiết từ vỏ cam

Quy trình chiết tách đã được đưa ra trong mục 2.1. Theo công thức (2.1) tính

được hiệu suất chiết tách và kết quả được trình bày trong bảng 3.6.

Hiệu suất chiết tách dịch chiết ở các mẻ là khác nhau, trung bình hiệu suất

đạt 3,21% cao hơn hiệu suất chiết tách dịch chiết từ vỏ bưởi. Có sự sai khác giữa

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 46 Lý Ngọc Tài

Page 47: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

các mẻ như vậy có thể do một số nguyên nhân: nguồn nguyên liệu, tỷ lệ nguyên

liệu/nước.

Trong quá trình chiết có bổ sung thêm nước và thời gian chiết khoảng 70 –

80 phút.

Bảng 3.6: Hiệu suất chiết tách dịch chiết từ vỏ cam

Mẻ Khối lượng nguyên liệu, g K.lg dịch chiết, g Hiệu suất, %

1 535 11,12 2,08

2 514 10,69 2,08

3 251 10,11 4,03

4 506 10,38 2,05

5 454 18,85 4,15

6 532 21,02 3,95

7 510 9,85 1,93

8 198 7,69 3,88

9 574 23,45 4,08

10 638 24,71 3,87

3.3.2. Ảnh hưởng của dịch chiết vỏ cam đến đường cong phân cực của thép

trong môi trường axit HCl 1N

Các phép đo được tiến hành sau khi ngâm mẫu 30 phút trong dung dịch nghiên

cứu. Trong quá trình đo các nồng độ 1g/l và 2g/l chúng tôi nhận thấy dịch chiết vỏ cam

không có hiệu quả bảo vệ đối với quá trình ăn mòn thép trong môi trường HCl 1N như

các tài liệu đã đưa nên chúng tôi khảo sát tiếp ở nồng độ 5 và 10gl. Kết quả đo đường

cong phân cực được đưa ra trong hình 3.8.

Hình 3.8 là đường cong phân cực của thép trong dung dịch HCl 1N khi có dịch

chiết cam ở các nồng độ 1, 2, 5 và 10 g/l. Kết quả cho thấy việc thêm dịch chiết cam

vào dung dịch HCl 1N có ảnh hưởng đến cả hai nhánh của đường cong phân cực

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 47 Lý Ngọc Tài

Page 48: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

song không nhiều. Tuy nhiên sự dịch chuyển của hai nhánh lại ngược chiều nhau:

nhánh catốt dịch chuyển về phía bên phải, còn nhánh anốt thì dịch chuyển về phía

bên trái. Điện thế ăn mòn của thép trong dung dịch HCl 1N khi có thêm dịch chiết

cam gần như không đổi.

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.000001 0.00001 0.0001 0.001 0.01 0.1 1

Lg I, (A)

E,

(V.v

s A

g/A

gC

l)

0 g/l

1 g/l

2 g/l

5 g/l

10 g/l

Hình 3.8: Đường cong phân cực của thép trong dung dịch HCl 1N khi có dịch chiết cam

ở các nồng độ khác nhau

Bằng phương pháp ngoại suy Tafel từ đường cong phân cực chúng tôi đã xác

định được mật độ dòng ăn mòn và từ đó xác định được hiệu quả bảo vệ cho thép

trong dung dịch HCl 1N khi có dịch chiết vỏ cam với các nồng độ khác nhau theo

công thức (2.2), kết quả được trình bày trong bảng 3.7.

Bảng 3.7: Hiệu quả bảo vệ của dịch chiết vỏ cam đối với quá trình ăn mòn thép trong

dung dịch HCl 1N tại các nồng độ khác nhau

Nồng độ d/c cam, g/l Ec, mV Ic, mA ic, mA/cm2 Hi, %

0 -416 1,492 2,972 0

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 48 Lý Ngọc Tài

Page 49: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

1 -427 2,050 4,084 -

2 -427 1,713 3,412 -

5 -428 0,982 1,956 34,1

10 -426 0,805 1,604 46,0

Bảng 3.7 cho thấy dịch chiết vỏ cam ở nồng độ nhỏ có khuynh hướng làm tăng

tốc độ ăn mòn, ở nồng độ lớn có khả năng làm giảm tốc độ ăn mòn của thép trong

môi trường axit HCl 1N tuy nhiên hiệu quả rất nhỏ. Tại nồng độ dịch chiết 5 – 10

g/l hiệu quả bảo vệ mới đạt 34,1 – 46,0%.

Song song với phương pháp đo đường cong phân cực, chúng tôi đã tiến hành

đo phổ tổng trở điện hóa của thép trong các dung dịch nghiên cứu.

3.3.3. Ảnh hưởng của dịch chiết vỏ cam đến phổ tổng trở điện hóa của thép

trong dung dịch nghiên cứu

Hình 3.9 là phổ Nyquist của thép trong dung dịch HCl 1N khi có dịch chiết

cam với các nồng độ khác nhau.

0

5

10

0 5 10 15 20 25 30Z', ohm

-Z",

oh

m

0 g/l

1 g/l

2 g/l

5 g/l

10 g/l

Hình 3.9: Phổ Nyquist của thép trong dung dịch axit HCl 1N khi có

dịch chiết Cam với các nồng độ khác nhau

Các phổ tổng trở cho thấy, khi có mặt dịch chiết vỏ cam (trừ trường hợp

nồng độ 5g/l) thì độ lớn của cung tròn đều nhỏ hơn trường hợp không có dịch

chiết. Với dung dịch có nồng độ dịch chiết là 5g/l thì hiệu quả bảo vệ tính được là

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 49 Lý Ngọc Tài

Page 50: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

7%. Điều này cho thấy dịch chiết vỏ cam gần như không có tác dụng bảo vệ đối

với quá trình ăn mòn thép trong môi trường axit HCl 1N.

Ta thấy, tốc độ ăn mòn tính theo hai phương pháp là khác nhau tương đối

nhiều, sự sai khác đó có thể do sai số phép đo, sự sai khác giữa các phương pháp

và có thể do sự ổn định của dịch chiết vỏ cam. Các kết quả đo đều cho thấy dịch

chiết cam gần như không có hiệu quả bảo đối với quá trình ăn mòn thép trong môi

trường HCl 1N.

Kết quả nghiên cứu này khác với các nghiên cứu trước có thể do nguồn vỏ

cam thu hồi đã bị mất tinh dầu có khả năng ức chế trong quá trình vắt. Vì vậy,

chúng tôi nghiên cứu khả năng ức chế của tinh dầu cam mua công nghiệp đối với

quá trình ăn mòn thép trong môi trường HCl 1N.

3.4.Nghiên cứu khả năng ức chế của tinh dầu cam đối với quá trình ăn mòn

thép trong môi trường axit HCl 1N

Tinh dầu cam sử dụng trong nghiên cứu được mua ở công ty cổ phần Tinh

dầu Hà Nội. Các thí nghiệm được tiến hành trong dung dịch axit HCl 1N với nồng

độ tinh dầu cam là 1, 2 và 3g/l.

3.4.1. Ảnh hưởng của tinh dầu cam đến đường cong phân cực của thép trong

môi trường axit HCl 1N

Kết quả đo đường cong phân cực của các mẫu thép được ngâm 30 phút trong các

dung dịch nghiên cứu được đưa ra trong hình 3.10.

Từ đường cong phân cực (hình 3.10) xác định được điện thế ăn mòn và bằng

phương pháp ngoại suy Tafel còn xác định được dòng ăn mòn, từ đó xác định được

hiệu quả bảo vệ cho thép trong dung dịch HCl 1N khi có tinh dầu cam với các nồng

độ khác nhau theo công thức (2.2), kết quả được đưa ra trong bảng 3.9.

Theo hình 3.10 và bảng 3.9 cho thấy điện thế ăn mòn của thép trong dung dịch

HCl 1N khi có tinh dầu cam dịch chuyển về phía âm nhưng không nhiều chỉ từ vài

mV đến 20mV so với dung dịch khi không có tinh dầu cam. Đồng thời ta cũng quan

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 50 Lý Ngọc Tài

Page 51: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

sát thấy khi thêm tinh dầu cam vào dung dịch đều nhận thấy sự thay đổi ở cả hai

nhánh của đường cong phân cực. Cụ thể, khi nồng độ dịch chiết tăng, cả hai nhánh

anốt và catốt đều dịch chuyển về phía trái – phía mật độ dòng nhỏ hơn, nhánh catốt

dịch chuyển nhiều hơn. Điều này cho thấy tinh dầu cam có tác dụng như một chất ức

chế hỗn hợp và khống chế quá trình catốt là chủ yếu đối với quá trình ăn mòn thép

trong môi trường axit HCl 1N.

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.000001 0.00001 0.0001 0.001 0.01 0.1 1

Lg I, (A)

E, (

V.v

s A

g/A

gC

l)

0 g/l

1 g/l

2 g/l

3 g/l

Hình 3.10: Đường cong phân cực của thép trong dung dịch HCl 1N khi có tinh dầu cam

với các nồng độ khác nhau

Bảng 3.9 cho thấy khi thêm tinh dầu cam làm giảm hẳn mật độ dòng ăn mòn

của thép trong dung dịch axit. Khi nồng độ tinh dầu tăng thì mật độ dòng ăn mòn

giảm hay hiệu quả bảo vệ tăng. Hiệu quả bảo vệ cao nhất đạt 99% ở nồng độ 3g/l.

Bảng 3.9: Hiệu quả bảo vệ của tinh dầu cam đối với quá trình ăn mòn thép trong dung

dịch HCl 1N với các nồng độ khác nhau

Nồng độ, g/l Ic, mA ic, mA/cm2 Ec, mV Ηi, %

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 51 Lý Ngọc Tài

Page 52: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

0 1,492 2,972 -416 -

1 0,0401 0,0799 -422 97,3

2 0,0591 0,1178 -438 96,0

3 0,0136 0,0270 -423 99,1

Đồng thời, chúng tôi tiến hành đo phổ tổng trở điện hóa của thép trong các dung

dịch nghiên cứu để thấy rõ khả năng ức chế ăn mòn của tinh dầu cam.

3.4.2. Ảnh hưởng của tinh dầu cam đến phổ tổng trở điện hóa của thép trong

dung dịch nghiên cứu

Phổ tổng trở của thép sau 30 phút ngâm trong các dung dịch nghiên cứu được

thể hiện trong hình 3.11.

Hình 3.11: Phổ Nyquist của thép trong dung dịch axit HCl 1N khi có tinh dầu cam với

các nồng độ khác nhau

Hình 3.11 cho thấy các phổ tổng trở gồm các bán vòng tròn hay quá trình

chuyển điện tích chủ yếu khống chế quá trình ăn mòn thép.

Hiệu quả bảo vệ của tinh dầu cam đối với quá trình ăn mòn thép trong dung

dịch HCl 1N được xác định theo công thức (2.3) và được đưa ra trên bảng 3.10.

Bảng 3.10 ta thấy rằng giá trị của điện trở chuyển điện tích (Rct) tăng với sự

tăng nồng độ của dịch chiết, điều này cho thấy sự giảm tốc độ ăn mòn của thép hay

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 52 Lý Ngọc Tài

Page 53: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

sự tăng hiệu quả ức chế khi nồng độ tinh dầu cam tăng. Hiệu quả ức chế cao, đạt

96,9% khi trong dung dịch có 3g/l tinh dầu cam (TDC).

Bảng 3.10: Điện trở dung dịch, điện trở chuyển điện tích và hiệu quả bảo vệ đối với quá

trình ăn mòn thép trong dung dịch HCl 1N khi có TDC với các nồng độ khác nhau

Nồng độ, g/l Rdd, Ohm Rct, Ohm H, %

0 1,44 20,538 0

1 1,23 287,640 92,9

2 1,07 360,958 94,3

3 1,10 654,450 96,9

Như vậy, hiệu quả bảo vệ tính được theo hai phương pháp là khác nhau. Sự

sai khác của hai phương pháp là do sai số của phép đo và sự sai khác giữa các

phương pháp. Tuy nhiên chúng cùng chung quy luật: khi nồng độ tinh dầu tăng thì

tốc độ ăn mòn thép giảm hay hiệu quả bảo vệ tăng. Hiệu quả bảo vệ cao nhất đạt

96,9% với nồng độ tinh dầu cam là 3g/l. Qua đó cho thấy có thể sử dụng tinh dầu

cam làm chất ức chế xanh đối với quá trình ăn mòn thép trong môi trường axit.

3.5. Nghiên cứu khả năng ức chế của tinh dầu tiêu đen đối với quá trình ăn

mòn thép trong môi trương axit HCl 1N

Tinh dầu tiêu đen sử dụng trong nghiên cứu được sản xuất ở công ty cổ phần

tinh dầu Hà Nội. Chúng tôi tiến hành khảo sát các dung dịch với nồng độ tinh dầu là

1, 2 và 3g/l.

3.5.1. Ảnh hưởng của tinh dầu tiêu đen đến đường cong phân cực của thép

trong môi trường axit HCl 1N

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 53 Lý Ngọc Tài

Page 54: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

Các phép đo đường cong phân cực được tiến hành trong các dung dịch nghiên

cứu với thời gian ngâm mẫu là 30 phút. Kết quả được đưa ra trong hình 3.12.

Kết quả đo (hình 3.12) cho thấy tinh dầu tiêu có ảnh hưởng đến đường cong

phân cực của thép trong dung dịch HCl 1N nhưng không nhiều. Điện thế ăn mòn của

thép trong các dung dịch nghiên cứu dịch chuyển về phía âm tuy nhiên không nhiều

lắm chỉ từ vài mV đến 14mV.

Đồng thời, khi thêm tinh dầu tiêu đen vào dung dịch chỉ có nhánh catốt của

đường cong phân cực thay đổi nhưng không nhiều. Cụ thể, khi có tinh dầu tiêu đen

nhánh catốt dịch chuyển về phía trái – phía mật độ dòng nhỏ hơn, khi nồng độ tinh

dầu tiêu tăng thì nhánh catốt lại dịch chuyển về phía trái so với dung dịch có nồng độ

tiêu đen thấp hơn. Như vậy tinh dầu tiêu đen có tác dụng như là một chất ức chế

catốt đối với quá trình ăn mòn thép trong axit HCl 1N.

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.000001 0.00001 0.0001 0.001 0.01 0.1 1

Lg I, (A)

E,

(V.v

s A

g/A

gC

l)

0 g/l

1 g/l

2 g/l

3 g/l

Hình 3.12: Đường cong phân cực của thép trong dung dịch HCl 1N khi có

tinh dầu tiêu đen với các nồng độ khác nhau

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 54 Lý Ngọc Tài

Page 55: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

Bằng phương pháp ngoại suy Tafel từ đường cong phân cực đã xác định

được dòng ăn mòn và từ đó xác định được hiệu quả bảo vệ cho thép trong dung dịch

HCl 1N khi có tinh dầu tiêu đen với các nồng độ khác nhau theo công thức (2.2), kết

quả được đưa ra trong bảng 3.11.

Bảng 3.11: Hiệu quả bảo vệ của tinh dầu cam đối với quá trình ăn mòn thép trong dung

dịch HCl 1N với các nồng độ khác nhau

Nồng độ, g/l Ec, mV Ic, mA ic, mA/cm2 Ηi, %

0 -416 1,492 2,972 0

1 -430 0,4377 0,864 70,9

2 -423 0,5672 1,13.10 62,0

3 -423 0,7756 1,545.10 48,0

Bảng 3.11 cho thấy mật độ dòng ăn mòn của thép trong dung dịch axit lớn hơn

trong dung dịch axit có tinh dầu tiêu đen. Nhìn chung khi có tinh dầu tiêu thì mật độ

dòng ăn mòn giảm hay hiệu quả bảo vệ tăng tuy nhiên hiệu quả bảo vệ giảm khi

nồng độ tinh dầu tiêu đen tăng từ 1 đến 3g/l tức là từ 71% xuống còn 48%.

Đồng thời với phương pháp đo đường cong phân cực chúng tôi đã tiến hành đo

phổ tổng trở điện hóa trong các dung dịch nghiên cứu.

3.5.2. Ảnh hưởng của tinh dầu tiêu đen đến phổ tổng trở điện hóa của thép trong

dung dịch nghiên cứu

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 55 Lý Ngọc Tài

Page 56: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

0

10

20

0 10 20 30 40 50

Z', (Ohm)

- Z

", (

Oh

m)

0 g/l

1 g/l

2 g/l

3 g/l

Hình 3.13: Phổ Nyquist của thép trong dung dịch axit HCl 1N khi có

tinh dầu tiêu đen với các nồng độ khác nhau

Hình 3.13 là kết quả đo phổ tổng trở của thép trong các dung dịch HCl 1N khi

có tinh dầu tiêu đen với các nồng độ nghiên cứu. Phổ Nyquist được phân tích phù

hợp với sơ đồ mạch tương đương như trong hình 3.3 [6, 8].

Kết quả fít mạch về điện trở dung dịch, điện trở chuyển điện tích và hiệu quả

bảo vệ được xác định theo công thức (2.3) được trình bày trong bảng 3.12.

Bảng 3.12: Điện trở dung dịch, điện trở chuyển điện tích và hiệu quả bảo vệ đối với quá

trình ăn mòn thép trong dung dịch HCl 1N khi có tinh dầu tiêu đen với các nồng độ

Nồng độ, g/l Rdd, Ohm Rct, Ohm H, %

0 1,44 20,538 0

1 1,45 33,329 38,38

2 1,09 27,258 24,65

3 1,59 21,056 2,5

Kết quả bảng 3.12 cho thấy rằng giá trị của điện trở chuyển điện tích (Rct)

khi dung dịch có tinh dầu tiêu đen cao hơn khi không có tinh dầu tiêu nhưng không

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 56 Lý Ngọc Tài

Page 57: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

nhiều và khi nồng độ tinh dầu tăng từ 1 đến 3g/l thì Rct giảm. Hiệu quả bảo vệ thấp,

chỉ đạt 38,38% ở nồng độ tinh dầu là 1g/l và giảm còn 2,5% khi có nồng độ tinh

dầu là 3g/l.

Kết quả trên cho thấy, hiệu quả bảo vệ tính được theo hai phương pháp là

khác nhau. Sự sai khác của hai phương pháp là do sai số của các phép đo và sự sai

khác giữa các phương pháp. Tuy nhiên từ kết quả đó cũng cho thấy tinh dầu tiêu

đen có tác dụng ức chế đối với quá trình ăn mòn thép trong môi trường axit HCl

1N, nhưng hiệu quả ức chế không cao bằng tinh dầu cam.

KẾT LUẬN

Qua những kết quả thu được từ nghiên cứu như trên em đã rút ra được một

số kết luận:

1. Trong số các dịch chiết và tinh dầu khảo sát thì dịch chiết từ vỏ bưởi Năm

roi và tinh dầu cam có tác dụng ức chế tốt tương đương Urotropin đối với quá trình

ăn mòn thép trong môi trường axit HCl 1N. Tinh dầu tiêu đen có tác dụng ức chế

nhưng hiệu quả thấp. Dịch chiết vỏ cam gần như không có tác dụng ức chế đối với

quá trình ăn mòn thép trong dung dịch axit.

2. Dịch chiết từ vỏ bưởi Năm roi đóng vai trò như chất ức chế catốt. Thêm

dịch chiết Năm Roi vào dung dịch làm cho điện thế ăn mòn của thép dịch chuyển

về phía âm hơn và làm giảm phân cực catốt một cách rõ rệt. Hiệu quả bảo vệ đạt

tới 98% tại nồng độ ức chế khoảng 2 – 3g/l.

3. Tinh dầu cam thể hiện như chất ức chế hỗn hợp và khống chế quá trình

catốt là chủ yếu. Khi thêm tinh dầu cam vào dung dịch làm cho điện thế ăn mòn

dịch chuyển về phía âm hơn nhưng không nhiều và cả hai nhánh anốt và catốt đều

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 57 Lý Ngọc Tài

Page 58: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

dịch chuyển về phía mật độ dòng nhỏ hơn. Hiệu quả bảo vệ có thể đạt tới 99% ở

nồng độ tinh dầu là 3g/l.

4. Tinh dầu tiêu đen có tác dụng như chất ức chế catốt ức chế ăn mòn đối với

thép trong dung dịch axit nhưng hiệu quả bảo vệ thấp, chỉ đạt tối đa là 70%. Kết

quả ức chế không ổn định nên cần tìm hiểu và nghiên cứu thêm.

5. Dịch chiết vỏ bưởi Năm roi, tinh dầu cam có thể coi là chất ức chế xanh

thân thiện với môi trường. Vì vậy chúng rất có tiềm năng để làm ức chế xanh trong

môi trường axit sử dụng trong các quá trình công nghiệp: tẩy gỉ, tẩy cặn nồi hơi,

trong các hệ thống trao đổi nhiệt…

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Trương Ngọc Liên. Ăn mòn và bảo vệ kim loại. Nhà xuất bản khoa học và kĩ

thuật, Hà Nội, 2004.

2. Alain Galerie, Nguyễn Văn Tư. Ăn mòn và bảo vệ vật liệu. Nhà xuất bản khoa

học và kĩ thuật, Hà Nội, 2002.

3. W.A.Schultze, Phan Lương Cầm, Ăn mòn và bảo vệ kim loại, trường Đại học

Bách khoa Hà Nội, trường Đại Học Kỹ Thuật Delft - Hàlan, 1985

4. Trịnh Xuân Sén, Ăn mòn và bảo vệ kim loại, Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia

Hà Nội, 2006.

5. A.K. Satapathy, G. Gunasekaran, S. C. Sahoo, K. Amit, and P.V. Rodrigues,

“Corrosion inhibition by Justicia gendarussa plant extract in hydrochloric acid

solution”, Corrosion Science, 2009.

6. M.A. Quraishi, Dileep Kumar Yadav and Ishtiaque Ahamad, “Green Approach

to corrosion inhibition by Black pepper extract in hydrochloric acid solution”, The

Open Corrosion Joirnal, 2009.

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 58 Lý Ngọc Tài

Page 59: ĐỒÁN_LNT

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL

7. Janaina Cardozo da Rocha, José Antônio da Cunha Ponciano Gomes, Eliane

D’Elia, “Corrosion inhibition of carbon steel in hydrochloric acid solution by fruit

peel aqueous extracts”, Corrosion Science, 2010.

8. Ambrish Singh, V. K. Singh, and M.A. Quraishi, “Aqueous extract of Kalmegh

(Andrographis paniculata) Leaves as green inhibitor for mild steel in hydrochloric

acid solution”, Research Article, 2010.

9. Semra Bilgic, Corrosion inhibition effects of eco friendly inhibitors in acid

media, KOROZYON, 13(1), 2005.

10. Yin Jin Yee, Corrosion and Protection Centre, Green inhibitors for corrosion

control: A Study on the inhibitive effects of extracts of Honey and Rosmarinus

officinalis L.(Rosemary), May 2004.

Đ án t t nghi p ồ ố ệ 59 Lý Ngọc Tài