Tổng hợp sio2 và SiO2PPy và xác định đặc trưng tính chất xác định khả năng chống ăn mòn của màng epoxy chứa SiO2PPy trên nền thép cacbon

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU PHẦN I: TÌM HIỂU VỀ VẤN ĐỀ THỰC TẬP 1.1 Giới thiệu ăn mòn kim loại phương pháp bảo vệ .2 1.1.1 Ăn mòn kim loại .2 1.1.2 Các phương pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại 1.2 Silica 1.2.1 Cấu trúc silica 1.2.2 Tính chất silica 1.2.3 Các phương pháp tổng hợp nano silica 1.3 Polypyrol 1.3.1 Pyrol .7 1.3.2 Polypyrol 1.3.3 Phương pháp tổng hợp Polypyrol 1.3.4 Phương pháp hóa học chế tạo nanocompozit silica/polypyrol 1.4 Các phương pháp nghiên cứu 1.4.1 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) .9 1.4.2 Phương pháp phổ hồng ngoại .10 1.4.3 Phổ tán xạ lượng tia X (EDX) 11 1.4.4 Phương pháp đo điện mạch hở theo thời gian 11 1.4.5 Phương pháp đo độ dẫn điện 12 1.5 Tình hình nghiên cứu ứng dụng nanocompozit silica/polypyrol bảo vệ chống ăn mòn kim loại .13 1.5.1 Tình hình nghiên cứu nước 13 1.5.2 Tình hình nghiên cứu giới 14 PHẦN II: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 15 2.1 Hóa chất dụng cụ thiết bị 15 2.2 Tổng hợp silica xác định đặc trưng tính chất 15 2.3 Tổng hợp compozit silica/ polypyrol 16 2.4 Xác định đặc tính vật liệu chế tạo 18 2.4.1 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) .18 2.3.2 Phổ tán xạ lượng tia X (EDX) 18 2.3.3 Phổ hồng ngoại (IR) .20 2.3.4 Đo độ dẫn điện 21 2.3.5 Đo điện mạch hở .22 KẾT LUẬN 24 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO .26 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ ngun lí làm việc kính hiển vi điện tử quét SEM .10 Hình 1.2: Sơ đồ khối phương pháp đo quét tuần hồn hai mũi dị xác định độ dẫn điện vật liệu dạng bột ép viên 13 Hình 2.1: Hình ảnh nano silica (a) ảnh SEM nano silica (b)……… Hình 2.2: Sơ đồ tổng hợp compozit silica/polypyrol 16 Hình 2.3: Hình ảnh compozit silica - polypyrol 17 Hình 2.4: Ảnh SEM PPy (a), SiO2/PPy-W (b), SiO2/PPy-EW (c) SiO2/PPy-E (d) 18 Hình 2.5: Phổ EDX SiO2 (a), PPy (b), SiO2/PPy-W (c), SiO2/PPy-EW (e) SiO2/PPy-E (e) 19 Hình 2.6: Phổ hồng ngoại SiO2 (a), PPy (b), SiO2/PPy-W (c), SiO2/PPy-EW (d) SiO2/PPy-E (e) 20 Hình 2.7: Phổ hồng ngoại SiO2 (a), PPy (b), SiO2/PPy-W (c), SiO2/PPy-EW (d) SiO2/PPy-E (e) 21 Hình 2.8: Sự biến đổi điện mạch hở theo thời gian thép cacbon phủ màng epoxy (a) SiO2/PPy-Epoxy (b) dung dịch NaCl 3% 22 MỞ ĐẦU Học phần thực tập nghề nghiệp thực Phòng Ăn mòn bảo vệ kim loại, Viện Kỹ thuật Nhiệt đới Thời gian thực từ ngày 26/4/2021 đến 20/6/2021 Người hướng dẫn: TS Phạm Thị Năm, Viện Kỹ thuật Nhiệt đới PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê, Đại học Thủy lợi Nội dung học phần thực tập nghề nghiệp gồm: Tìm hiểu vấn đề thực tập: khái niệm ăn mòn kim loại phương pháp bảo vệ, silica, pyrol, polypyrol, phương pháp nghiên cứu, tình hình nghiên cứu nước giới Thực nghiệm: Tổng hợp SiO2 SiO2/PPy xác định đặc trưng tính chất Xác định khả chống ăn mòn màng epoxy chứa SiO2/PPy thép cacbon PHẦN I: TÌM HIỂU VỀ VẤN ĐỀ THỰC TẬP 1.1 Giới thiệu ăn mòn kim loại phương pháp bảo vệ 1.1.1 Ăn mòn kim loại [1,2] a) Khái niệm Ăn mòn kim loại phá hủy kim loại hợp kim tác dụng chất môi trường xung quanh Kim loại bị oxi hóa thành ion dương M → Mn+ + ne b) Phân loại ăn mịn kim loại Có nhiều ngun nhân ảnh hưởng tới q trình ăn mịn kim loại như: chất thành phần kim loại, môi trường xâm thực, công nghệ vật liệu Tùy theo chế phá hủy kim loại mà người ta phân loại ăn mòn thành: ăn mòn hóa học ăn mịn điện hóa Ăn mịn hóa học q trình oxi hóa - khử kim loại với mơi trường xâm thực Trong electron kim loại chuyển trực tiếp đến chất môi trường Một đặc điểm quan trọng ăn mịn hóa học sản phẩm tạo thành phản ứng kim loại chất mơi trường bao phủ bề mặt kim loại, ngăn cách kim loại với môi trường bảo vệ cho kim loại khỏi bị ăn mòn tiếp Ăn mòn điện hố ăn mịn kim loại mơi trường điện li, oxi hóa kim loại khử chất oxi hóa khơng xảy phản ứng trực tiếp mà nhờ dẫn điện, q trình oxi hóa cịn xảy phức tạp nhiều khu vực khác bề mặt kim loại Với hợp kim tạo nhiều nguyên tố kim loại có điện điện cực khác làm việc dung dịch điện li tạo thành pin ăn mòn Mỗi tinh thể hay hạt tạp chất tạo thành pin Ở chỗ nối kim loại, điểm tiếp xúc kim loại vùng có cấu trúc khác kim loại hình thành pin Hoạt động chúng dẫn đến oxi hóa khối kim loại Sự phá hủy kim loại theo chế ăn mịn điện hóa phổ biến tự nhiên Trong thực tế phần lớn kim loại bị ăn mòn theo chế điện hóa Ăn mịn điện hóa kim loại gồm có ba q trình bản: q trình anơt, q trình catơt q trình dẫn điện Q trình anơt q trình oxy hóa điện hóa, kim loại chuyển vào dung dịch dạng ion giải phóng điện tử: M → Mn+ +ne viết tổng quát Red1→Ox1+ne Q trình catơt q trình khử, chất oxy hóa nhận điện tử kim loại bị ăn mịn giải phóng : Ox2 + ne → Red2 Chất oxi hóa thường gặp H+ O2 Trong môi trường axit: O2 + 4H+ + 4e → 2H2O Trong mơi trường trung tính: O2 + 2H2O + 4e → 4OHQuá trình dẫn điện, điện tử kim loại ăn mịn giải phóng di chuyển từ nơi có phản ứng anơt tới nơi có phản ứng catơt, cịn ion dịch chuyển dung dịch Như vậy, kim loại bị ăn mòn xuất vùng catôt vùng anôt 1.1.2 Các phương pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại [1,3] Có nhiều phương pháp chống ăn mịn kim loại, việc sử dụng kết hợp phương pháp để bảo vệ kim loại phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: tính chất kim loại cần bảo vệ, kim loại nằm mơi trường nào, ngun nhân chế q trình ăn mịn kim loại đó… Có phương pháp bảo vệ như: dùng chất ức chế ăn mịn, phương pháp điện hóa, cách li kim loại khỏi môi trường xâm thực a) Phương pháp dùng chất ức chế ăn mòn Chất ức chế ăn mịn bổ sung vào mơi trường ăn mịn để làm chậm q trình ăn mịn kim loại Trên thực tế, chất ức chế dùng rộng rãi để bảo vệ hệ thống tiếp xúc với dung dịch máy hóa, hệ thống làm lạnh, nồi hơi, thiết bị ngưng tụ…Chất ức chế ăn mịn hợp chất hữu amin, hợp chất dị vòng chứa nitơ, urê, cromat, nitrit…Một số chất ức chế tác dụng với kim loại sản phẩm ăn mòn tạo nên màng mỏng bao phủ bề mặt kim loại b) Phương pháp điện hóa Khi hai kim loại tiếp xúc với dung dịch điện li, kim loại hoạt động bị ăn mịn, trở thành điện cực âm pin điện kim loại hoạt động trở thành điện cực dương, nghĩa không bị ăn mịn Ví dụ, cầu, tháp, ống dẫn dầu, vỏ tàu….bằng thép bảo vệ cách nối chúng với khối Zn, Mg Khi tạo thành pin khổng lồ, vật bảo vệ đóng vai trị catot, cịn khối Zn, Mg…đóng vai trị anot, bị oxi hóa bị ăn mòn thay cho vật cần bảo vệ Theo ngun lí đó, ngành khai thác dầu biển dùng thiết bị bảo vệ thỏi hợp kim Mg Al kim loại hoạt động Fe Những thỏi hợp kim lắp vào phần ngâm nước biển cầu, kết Mg, Al tan dần vào nước biển c) Cách li kim loại khỏi môi trường xâm thực Phương pháp bảo vệ kim loại sử dụng rộng rãi công nghiệp ngăn cách kim loại khỏi môi trường xâm thực lớp phủ bám dính tốt, khơng thấm, độ cứng cao, khơng bị ăn mịn bị ăn mịn với tốc độ yếu tốc độ ăn mòn kim loại cần bảo vệ, có độ bền cao Lớp phủ lớp dầu mỡ, sơn, vecni, chất polime lớp mạ kim loại bền với khơng khí nước Cr, Cd, Sn… Bản chất lớp phủ bảo vệ cách li kim loại với mơi trường xâm thực Có nhiều loại lớp phủ ta chia thành ba loại như: lớp phủ kim loại, lớp phủ phi kim loại, lớp phủ hữu 1.2 Silica 1.2.1 Cấu trúc silica Cấu trúc tinh thể SiO2: Silica tên thường gọi dioxit silic (SiO 2), có cấu trúc mạng lưới khơng gian ba chiều, ngun tử ôxi nằm đỉnh, silic nằm tâm tứ diện [4] Silica tồn dạng dạng tinh thể, điều kiện thường silica có dạng tinh thể thạch anh, triđimit cristtobalit Tất dạng tinh thể bao gồm nhóm tứ diện SiO4 nối với qua nguyên tử O chung [5,6] Silica chất độn thêm vào nhằm làm tăng trọng lượng, tăng độ cứng, tạo độ suốt sơn Ngồi ra, silica cịn có tác dụng cải thiện độ bền va đập vật liệu, tăng khả phân tán, tăng độ bóng sản phẩm kim loại, dễ gia cơng góp phần làm giảm giá thành sản phẩm [6] 1.2.2 Tính chất silica [7] Silica xốp, diện tích bề mặt lớn silica có khả hấp phụ cao Silica khơng hịa tan nước, khơng độc, khơng mùi Silica trơ mặt hóa học Nó khơng tác dụng với oxi, clo, brom axit đun nóng Ở điều kiện thường, tác dụng với F2 HF: SiO2 + 2F2 SiO2 + 4HF → → SiF4 + O2 SiF4 + 2H2O Ngồi ra, cịn tan kiềm cacbonat kim loại kiềm nóng chảy: SiO2 + 2NaOH SiO2 + Na2CO3 → → Na2SiO3 + H2O Na2SiO3 + CO2 1.2.3 Các phương pháp tổng hợp nano silica a) Phương pháp phun khói silica khói [8,9] Phương pháp phun khói phương pháp tổng hợp silica từ trình thủy phân silica halogen (thường silic tetraclorua – SiCl 4) sử dụng lò hồ quang nhiệt độ 1000oC nước áp suất cao SiCl chuyển sang pha phản ứng với nước oxi hydro theo phương trình phản ứng sau: 2H2 + O2 → 2H2O (tỏa nhiệt) SiCl4 + 2H2O → SiO2 + 4HCl Có thể viết gọn sau: SiCl4 + 2H2 + O2 → SiO2 + 4HCl Sản phẩm thu cách lọc hỗn hợp khí sau phản ứng gọi tên silica khói Silica tạo thành có diện tích bề mặt lớn, mịn bề mặt trơn, dễ phân tán polyme; muội silica thường ứng dụng nhiều công nghiệp chất dẻo, sơn,… b) Phương pháp kết tủa Silica kết tủa dạng silica tổng hợp cách cho axi vô phản ứng với thủy tinh lỏng (Na2SiO3) môi trường kiềm pH>7 [10] Silica kết tủa tạo thành đưa từ từ axit vô vào dung dịch thủy tinh lỏng với pH ổn định Phản ứng tạo thành silica mô tả sau [11]: Na2SiO3 + 2H3O+ → SiO2 + 3H2O+ 2Na+ Sử dụng phương pháp kết tủa tạo sản phẩm silica chứa nhiều tạp chất nên hàm lượng SiO2 không cao (khoảng 70-90%) [8] c) Phương pháp sol - gel [12] Phương pháp sol-gel phương pháp sử dụng phổ biến để chế tạo nanosilica dạng bột hay dạng màng mỏng Phương pháp sol-gel gồm hai giai đoạn phản ứng thủy phân phản ứng ngưng tụ Phản ứng thủy phân: thủy phân alkoxit với H2O để tạo liên kết Si-OH: Phản ứng polyme hóa - ngưng tụ: phân tử trung gian tạo thành tiếp tục phản ứng với phân tử TEOS ban đầu để tạo mối liên kết Si-O-Si, phản ứng polyme hóa ngưng tụ: Phản ứng ngưng tụ nước: Phản ứng ngưng tụ rượu: Các phân tử tạo thành nối với theo phản ứng polyme hóa để tạo khung cấu trúc cuối Nếu phản ứng sol-gel xảy hồn tồn, silica hình thành rút gọn theo phương trình sau: Trước tiến hành phản ứng thủy phân, TEOS pha loãng với cồn tuyệt đối TEOS phản ứng không tốt với nước nồng độ cao Sau thời gian, phản ứng diễn liên tục, độ nhớt dung dịch tăng lên phản ứng polyme hóa đơng đặc, hình thành gel rắn nhiệt độ thường Như vậy, trình sol - gel bao gồm hai phản ứng phản ứng thủy phân tạo dung dịch hoạt tính phản ứng polyme hóa đa ngưng tụ với tiếp tục thủy phân Sau gel hình thành, thường dạng xốp chứa chất lỏng lỗ xốp Các chất lỏng thường loại bỏ qua trình sấy xử lý nhiệt Để nhận sản phẩm cuối cùng, khối gel xốp vơ định hình phải nung để tách loại chất lỏng lại lỗ xốp loại bỏ lỗ xốp 1.3 Polypyrol 1.3.1 Pyrol [13] Phân tử Py (C4H4NH) có cấu tạo phẳng với nguyên tử Cacbon trạng thái lai hóa sp2, chứa dị tố N Cơng thức cấu tạo: Py chất lỏng không màu, tan nước, để khơng khí Py bị sẫm màu nhanh bị oxi hóa tác dụng nhiệt độ ánh sáng Nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sôi 18,5oC 130,5oC Khối lượng phân tử 67,09 đvC 1.3.2 Polypyrol [13 - 15] Công thức cấu tạo Polypyrol tổng hợp từ monome phân tử Py Trong phân tử PPy, monome Py thường liên kết với theo dạng phẳng vị trí α α ’ Khối lượng riêng PPy ~ 1.47 g/cm3 PHẦN II: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 2.1 Hóa chất dụng cụ thiết bị a) Vật tư, hóa chất Pyrol, C4H5N, (97 %, Đức) trưng cất lại bảo quản -5oC trước tổng hợp Tetraetyl othosilicat - TEOS, Si(OC2H5)4, (98,5 %, Hàn Quốc) Axit clohydric, HCl, (36 %, Trung Quốc) Sắt (III) clorua, FeCl3, (99 %, Trung Quốc) Natri dodecyl sulfat, CH3(CH2)11OSO3Na, (99,5 %, Trung Quốc) Axeton, C3H6O, (99,5 %, Trung Quốc) Methanol, CH4O (99,5 %, Trung Quốc) Propanol, C3H8O (99,5 %, Trung Quốc) Epoxy bisphenol A, Epotec YD011-X75 Polyamide 307D-60 (Thái Lan) Thép CT3 (10×5×0,2 cm) (thành phần chứa 99,21% Fe; 0,36% Mn; 0,25% C; 0,07% Si; 0,003% P 0,011% S, sản phẩm thương mại hãng Vinsteel, Việt Nam) b) Dụng cụ Buret Bình định mức Pipet Ống đong Bình nón Bộ sinh hàn Cốc thủy tinh Qủa bóp cao su c) Thiết bị Cân phân tích Máy khuấy từ gia nhiệt Máy li tâm Tủ sấy Máy đo pH Máy tạo màng sơn ly tâm 15 2.2 Tổng hợp silica xác định đặc trưng tính chất Chuẩn bị mơi trường dung dịch có pH=1 HCl đặc nước cất Nhỏ từ từ dung dịch Tetraetyl othosilicat (TEOS) vào dung dịch HCl có pH=1, khuấy liên tục máy khuấy từ 24 nhiệt độ phịng Dung dịch sau gia nhiệt 80 oC 24 Gel lọc, rửa nước cất đến pH=7 Tiếp tục sấy khô 80 oC đến thu silica dạng tinh thể Nghiền tinh thể silica thành bột mịn, thu silica a) b) Hình 1: Hình ảnh nano silica (a) ảnh SEM nano silica (b) Nhận xét: Từ ảnh chụp SEM cho thấy silica thu dạng nano, có dạng hình cầu, kích thước hạt tương đối đồng đều, khoảng từ 100 - 150 nm 16 2.3 Tổng hợp compozit silica/ polypyrol Hình 2: Sơ đồ tổng hợp compozit silica/polypyrol Ba loại compozit silica-polypyrol (SiO2/PPy) tổng hợp phương pháp in-situ (thành phần dung dịch trình bày bảng 2.1) Chuẩn bị dung dịch: Dung dịch 1: mmol SiO2 phân tán 40 ml H2O C2H5OH máy siêu âm 30 phút Dung dịch 2: mmol pyrol phân tán 20 ml H2O Dung dịch 3: 0,05 mol FeCl3.6H2O hòa tan 40 ml H2O C2H5OH Nhỏ từ từ dung dịch vào dung dịch 1, khuấy từ để silica phân tán hỗn hợp Tiếp tục nhỏ giọt dung dịch vào hỗn hợp trên, khuấy từ 24 thu hỗn hợp có màu đen Hỗn hợp thu đem lọc lấy kết tủa, lọc rửa kết tủa lần nước cất lần hỗn hợp methanol/axeton Sản phẩm sau sấy 80oC 24 giờ, nghiền cối mã não, thu nanocompozit silica/PPy dạng bột mịn màu đen 17 Hình 3: Hình ảnh compozit silica - polypyrol Thành phần dung dịch tổng hợp compozit SiO2/Ppy trình bày bảng 2.1 Bảng 2.1: Thành phần dung dịch tổng hợp compozit SiO2/Ppy Mẫu SiO2/PPyW SiO2 5mmol SiO2/40ml H2O FeCl3.6H2O Pyrol 0,05 mol FeCl3.6H2O/ mmol/20 ml 40ml H2O H2 O SiO2/PPy- 5mmol SiO2/40ml 0,05 mol mmol/20 ml EW C2H5OH FeCl3.6H2O/40 ml H2O H2 O SiO2/PPy-E 0,05 mol 5mmol SiO2/40ml FeCl3.6H2O/40 ml C2H5OH mmol/20 ml C2H5OH H2 O 2.4 Xác định đặc tính vật liệu chế tạo 2.4.1 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) Phương pháp kính hiển vi điện tử quét dùng để quan sát hình thái học bề mặt SiO 2, PPy, SiO2/PPy-W, SiO2/PPy-E SiO2/PPy-EW trình bày hình 2.4 18 a) b) c) d) Hình 2.4: Ảnh SEM PPy (a), SiO2/PPy-W (b), SiO2/PPy-EW (c) SiO2/PPy-E (d) Nhận xét: Từ ảnh chụp SEM cho thấy PPy (a) tổng hợp dung dịch có dạng hình cầu, đồng SiO2/PPy-W (b) SiO2/PPy-EW (c) có đường kính lớn so với SiO2/PPy-E (d) Điều dung mơi nước có độ phân cực lớn, thuận lợi cho trình hình thành liên kết Si-OH tạo thành lớp điện tích âm bề mặt silica, dễ dàng tạo liên kết với nhóm +NH2 chuỗi polypyrol làm tăng kích thước hạt 2.3.2 Phổ tán xạ lượng tia X (EDX) Kết phổ tán xạ lượng tia X SiO 2, PPy, SiO2/PPy-W, SiO2/PPy-E SiO2/PPy-EW trình bày hình 2.5 bảng 2.2 19 Hình 2.5: Phổ EDX SiO2 (a), PPy (b), SiO2/PPy-W (c), SiO2/PPy-EW (e) SiO2/PPy-E (e) Nhận xét: Phổ EDX SiO2 cho thấy nguyên tố xuất mẫu gồm silic oxi Nguyên tố oxi chiếm tỉ lệ phần trăm khối lượng (58%) lớn so với silic (42%) PPy cacbon chiếm 72,7%, nitơ chiếm 22,55% thành phần phân tử polypyrol Đối với SiO2/PPy-W, SiO2/PPy-EW SiO2/PPy-E có dạng tương tự Phần trăm khối lượng nguyên tố silic tăng từ 20,18 lên 21,07 22,08% tương ứng với SiO2/PPy-W, SiO2/PPy-EW SiO2/PPy-E Bảng 2.2: Phần trăm khối lượng nguyên tố SiO2, PPy, SiO2/PPy-W, SiO2/PPy-E SiO2/PPy-EW Mẫu % khối lượng C O N Si Cl SiO2 - 58,00 - 42,00 - PPy 72,70 - 22,55 - 4,75 SiO2/PPy-W 34,82 34,94 8,05 20,18 2,01 SiO2/PPy-E 32,77 36,05 7,15 22,08 1,95 SiO2/PPy-EW 33,46 36,04 7,45 21,07 1,98 20 2.3.3 Phổ hồng ngoại (IR) Khảo sát ảnh hưởng thành phần dung mơi tổng hợp đến nhóm chức có mặt cấu trúc SiO2, PPy, SiO2/PPy-W, SiO2/PPy-EW SiO2/PPy-E khoảng số sóng từ 4000 - 400 cm-1 trình bày hình 2.6 Hình 2.6: Phổ hồng ngoại SiO2 (a), PPy (b), SiO2/PPy-W (c), SiO2/PPy-EW (d) SiO2/PPy-E (e) Nhận xét: Đối với SiO2, pic rộng vùng 3800 - 3200 cm-1 tương ứng với dao động nhóm -OH nước mẫu Pic 1648 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng H2O Pic hấp phụ mạnh 1080 cm-1 464 cm-1 đặc trưng cho dao động bất đối xứng dao động biến dạng liên kết Si-O-Si Pic 957 cm -1 787 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị đối xứng Si-OH nanosilica Đối với PPy, phổ tù khoảng 3500 cm -1 ảnh hưởng nước có mẫu Dao động hóa trị nhóm C-N 1450 cm -1 1405 cm-1, nhóm =C-H 1050 cm-1 Vùng dao động 1000 cm-1 vùng đặc trưng cho dao động biến dạng C-H vòng pyrol Phổ IR SiO2/PPy-W, SiO2/PPy-E SiO2/PPy-EW có dạng tương tự nhau, chứa pic đặc trưng cho SiO (~471, 794 1080 cm-1) PPy (~1530, 1450, 1405 1050 cm-1) Các pic có dịch chuyển nhẹ, kết cho thấy PPy hấp phụ lên bề mặt silica [26] 21 2.3.4 Đo độ dẫn điện Độ dẫn điện PPy, SiO2/PPy-W, SiO2/PPy-E SiO2/PPy-EW xác định phương pháp qt vịng CV thiết bị điện hóa Zahner Elektrik IM6 - Đức Viện Khoa học Vật liệu Độ dày mẫu 1cm, diện tích mẫu 0,2355 cm2 Kết trình bày hình 2.7 Hình 2.7: Giản đồ CV PPy, SiO2/PPy-W , SiO2/PPy-E SiO2/PPy-EW Từ giản đồ CV, xác định U I, từ xác định độ dẫn PPy theo SiO2/PPy-W, SiO2/PPy-WE SiO2/PPy-E theo cơng thức 1.4 Kết trình bày bảng 2.3 Bảng 2.3: Bảng giá trị U, I độ dẫn điện σ PPy SiO2/PPy-W, SiO2/PPy-WE SiO2/PPy-E PPy SiO2/PPy-W SiO2/PPy-WE SiO2/PPy-E U (V) 1,0 1,0 1,0 1,0 I (A) 0,1017 0,045 0,033 0,026 σ (S/cm) 0,432 0,191 0,14 0,11 Nhận xét: Từ bảng số liệu thấy PPy đạt giá trị độ dẫn cao 0,432 S/cm Độ dẫn nanocompozit SiO2/PPy giảm xuống 0,19; 0,14 0,11 S/cm tổng hợp dung môi nước, etanol - nước etanol Điều có mặt 22 hạt silica hệ làm chuỗi polyme PPy SiO2/PPy bị gián đoạn, từ làm giảm khả dẫn điện Độ dẫn điện vật liệu tổng hợp nước cao hơn, giá trị độ dẫn điện yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới khả bảo vệ chống ăn mòn nanocompozit SiO2/PPy Chính vậy, dung mơi nước với giá trị độ dẫn điện cao sử dụng dung mơi thích hợp để tổng hợp nanocompozit SiO2/PPy 2.3.5 Đo điện mạch hở a) Tạo màng epoxy chứa SiO2-PPy thép cacbon Bước 1: Nền thép cacbon kích thước 15×10×0,2 cm Mẫu thép đánh bóng giấy ráp có độ mịn 600, làm dầu mỡ xà phòng, rửa nước cất, cồn tuyệt đối sấy khô Bước 2: Phân tán bột compozit SiO2/PPy (5%) vào epoxy với dung môi xylen khuấy từ Bước 3: Màng epoxy chứa nanocompozit SiO2/PPy phủ lên mẫu thép máy Spincoating với tốc độ 1000 vịng/phút Màng khơ nhiệt độ phịng 24 Chiều dày màng sau khơ khoảng 25±2 µm (đo máy Minitest 600 Erichen) b) Đo điện mạch hở Sự thay đổi điện mạch hở theo thời gian thép cacbon phủ màng epoxy không chứa chứa 5% nancompozit SiO2/PPy theo thời gian ngâm dung dịch NaCl 3% trình bày hình 2.8 Hình 2.8: Sự biến đổi điện mạch hở theo thời gian thép cacbon phủ màng epoxy (a) SiO2/PPy-Epoxy (b) dung dịch NaCl 3% 23 Nhận xét: Đối với mẫu thép cacbon phủ màng epoxy, thời điểm ban đầu, giá trị điện đạt -0,5VSCE Kết cho thấy khả bảo vệ che chắn tốt màng Tuy nhiên, giá trị điện giảm dần theo thời gian phía âm, điều giải thích khuếch tán ion clorua qua màng công vào bề mặt thép Sau 36 ngâm, giá trị điện giảm -0,651 VSCE Giá trị điện mạch hở màng SiO2/PPy-Epoxy có xu hướng tăng giảm nhẹ q trình ngâm Sau - ngâm đầu tiên, giá trị điện giảm mạnh công ion xâm thực, làm giảm khả bảo vệ lớp phủ Sau đó, điện trì gần không đổi Khi ion clorua công vào thép gây ăn mịn, PPy bị oxi hóa cung cấp điện tích, hình thành màng lấp kín khuyết tật, bảo vệ cho thép Kết cho thấy lớp phủ có tác dụng che chắn tốt hạn chế di chuyển tác nhân ăn mòn vào thép Sau 36 ngâm mẫu thép phủ epoxy chứa SiO2/PPy giảm tới giá trị -0,45 VSCE Kết cho thấy có mặt SiO 2/PPy làm tăng khả bảo vệ chống ăn mòn cho thép 24 KẾT LUẬN Trong thời gian thực học phần thực tập nghề nghiệp từ 26/4/2021 đến 20/06/2021, em thu số kết sau đây: Đã tìm hiểu vấn đề thực tập: ăn mòn kim loại phương pháp bảo vệ, silica, pyrol, polypyrol, phương pháp nghiên cứu, tình hình nghiên cứu nước giới Đã tổng hợp nano silica có dạng hình cầu, kích thước khoảng 100 - 150nm Đã tổng hợp nanocompozit silica/polypyrol dung mơi nước, nanocompozit thu có dạng hình cầu, đường kính từ 50 -100 nm Kết đo điện mạch hở theo thời gian cho thấy lớp phủ epoxy chứa nanocompozit SiO2/PPy dung môi nước cải thiện đáng kể khả chống ăn mòn cho thép cacbon 25 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Chế tạo hệ bảo vệ đa lớp ZnNiSi/ZnNi/Zn xác định đặc trưng tính chất hệ Tạo màng Cr(III) cho hệ bảo vệ đa lớp xác định đặc trưng tính chất hệ bảo vệ đa lớp có màng Cr(III) Xác định khả chống ăn mịn hệ đa lớp ZnNiSi/ZnNi/Zn có khơng có màng Cr(III) 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trịnh Xuân Sén, “Ăn mòn bảo vệ kim loại”, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội, 2006 Nguyễn Văn Tư, “Ăn mòn bảo vệ vật liệu”, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2002 Vũ Đăng Độ, “Cơ sở lí thuyết q trình hóa học”, NXB Giáo dục, 2006 White, L.T, “Eilmer of Malmesbury, an Eleventh Century Aviator: A Case Study of Technological Innovation, Its Context and Tradition”, Technology and Culture 1961 Hồng Nhâm, “Hóa học vô - Vol 2”, NXB Giáo dục, 2017 Holleman, A.F.W, Egon, “Inorganic Chemistry”, San Diego/Berlin: Academic Press/De Gruyter, 2001 Nutr, J., “The chemistry of silica and its potential health benefits”, Health Aging, 11(2): p 94-97, 2007 N., R.R., “Filled Polymer Composites”, Shrewsbury, UK: Rapra Technology, 2003 Katz H S., M.J.V., Handbook of Filler for Plastics - Chapter 9, Synthetic silica 1987, New York, USA: Van Nostrand Reinhold Company 10 Music S., F.V.N., Selovanic L., “Precipitation of amorphous SiO2 particles and their properties”, Brazilian Journal of Chemical Engineering, 28(1): p 89-94, 2011 11 Scholomach J., M.K., “Investigation of semi - batch precipitation of silica”, Journal of Colloid and Interface Science, 277: p 316-326, 2004 12 Chruściel J., Ś.L., “Synthesis of nano silica by the sol-gel method and its activity toward polymers”,Materials Science, 21(4), 2003 13 Tat'yana V Vernitskaya, O.N.E., “Polypyrrole: a conducting polymer; its synthesis, properties and applications” Russian Chemical Review, 1997 14 Sharifi-Viand, A., “Diffusion through the self-affine surface of polypyrrole film”, Vacuum, 2015 15 Sharifi-Viand, A., “Investigation of anomalous diffusion and multifractal dimensions in polypyrrole film”, Journal of Electroanalytical Chemistry, 2012 27 16 Diaz A F., K.K.K., Gardini G P, “Electrochemical polymerization of pyrrole”, Journal of Chemical Society Chemical Communications, 1979 17 McNeill, R.S., R.; Wardlaw, J H.; Weiss, D E, “Electronic Conduction in Polymers I The Chemical Structure of Polypyrrole”, Australian Journal of Chemistry, 1963 18 Đặng Thị Thanh Lê, “Bài giảng vật liệu nano”, Đại học Thủy lợi, 2019 19 Nguyễn Đình Triệu, “Các phương pháp vật lý ứng dụng hóa học”, NXB ĐH Quốc Gia Hà Nội, 1999 20 Vũ Thị Hải Vân, “Nghiên cứu tổng hợp đặc trưng lớp nanocompozit silica/polypyrol định hướng ứng dụng tròn lớp phủ hữu bảo vệ chống ăn mòn”, Luận án tiến sỹ Hóa học, 2018 21 Nguyen Duc Nghia, N.H.M., Nguyen Thi Thu Thuy, To Thi Xuan Hang, Nguyen Tuan Dung, Vu Oanh Ke, Trinh Oanh Truc, “Study on the corrosion protection of polyurethance loading conducting polymers/ iron oxide composite”, Chemistry for the XXI Sustainable Development Century, 2003 22 Nguyễn Tuấn Dung, “Nghiên cứu tổng hợp điện hóa màng polypyrrole trực tiếp thép tráng kẽm”, tạp chí Khoa học Công nghệ, p 54-59, 2005 23 Nguyễn Tuấn Dung, “Trùng hợp điện hóa màng bảo vệ polypyrrole trực tiếp thép cacbon sử dụng salicylat làm ion đối”, tạp chí Hóa học, 2007 24 O Grari, A.E.T., L Dhouibi, C.C Buron, F Lallemand, “Multilayerd polypyrroleSiO2 composite coatings for functionalization of stainless steel: Characterization and corrosion protection behavior”, Progress in Organic Coatings, 48-53, 2015 25 G Ruhi, O.P.M., S.K Dhawan, “Chitosan-polypyrrole-SiO2 composite coatings with advanced anticorrosion properties”, Synthetic Metals, 24-39, 2015 26 Qilin Cheng, V.P., Anezka Lengalova, Chunzhong Li, Tomas Belza, Petr Saha, “Electrorheological properties of new mesoporous material with conducting polypyrrole in mesoporous silica”, Microporous and Mesoporous Materials, 2006 28 29 ... kể khả chống ăn mòn cho thép cacbon 25 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Chế tạo hệ bảo vệ đa lớp ZnNiSi/ZnNi/Zn xác định đặc trưng tính chất hệ Tạo màng Cr(III) cho hệ bảo vệ đa lớp xác định đặc trưng. .. NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 15 2.1 Hóa chất dụng cụ thiết bị 15 2.2 Tổng hợp silica xác định đặc trưng tính chất 15 2.3 Tổng hợp compozit silica/ polypyrol 16 2.4 Xác định đặc tính. .. định khả chống ăn mịn màng epoxy chứa SiO2/ PPy thép cacbon PHẦN I: TÌM HIỂU VỀ VẤN ĐỀ THỰC TẬP 1.1 Giới thiệu ăn mòn kim loại phương pháp bảo vệ 1.1.1 Ăn mòn kim loại [1,2] a) Khái niệm Ăn mòn