Động học của quá trình ăn mòn điện hóa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU KHÍ Mơn Học: ĂN MỊN, CHỐNG ĂN MỊN TRONG CƠNG NGHỆ CHẾ BiẾN DẦU KHÍ Báo cáo tiểu luận: Động học q trình ăn mịn điện hóa GVHD: Ts Huỳnh Quyền HVTH: Nguyễn Tiến Đạt- 09400138 Võ Như Hoàng Phước-09400141 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nội dung báo cáo • Cơ chế q trình ăn mịn điện hóa • Giản đồ E-pH ứng dụng: giản đồ bền nước, giản đồ E-pH sắt, nhôm, kẽm • Các khái niệm ăn mịn • Các q trình phân cực oxy, hydro LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Cơ chế q trình ăn mịn điện hóa • Ăn mịn điện hoá xảy kim loại tiếp xúc với dung dịch chất điện li phá huỷ kim loại xảy mặt giới hạn hai pha: kim loại dung dịch chất điện li • Khi kim loại bị hoà tan xảy vùng anot kèm theo phản ứng giải phóng hiđro tiêu thụ oxi xảy vùng catot đồng thời sinh dịng điện • Q trình ăn mịn điện hố xảy tương tự hoạt động pin điện bị khép kín mạch LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Cơ chế q trình ăn mịn điện hóa • Vùng anot xảy q trình oxi hố tức kim loại bị hồ tan: Ion kim loại bề mặt điện cực chuyển vào dung dịch đồng thời có electron dư kim loại • Các electron dư vùng anot dịch chuyển đến vùng catot bề mặt kim loại xảy phản ứng kèm theo:  Nếu môi trường có ion H+ xảy phản ứng giải phóng hiđro Và ăn mịn kim loại kèm theo giải phóng hiđro  Nếu mơi trường ăn mịn có mặt ion H+ oxi xảy phản ứng tiêu thụ oxi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Cơ chế trình ăn mịn điện hóa • Phản ứng điện hố xảy mặt giới hạn pha q trình ăn mịn kim loại vùng catot anot bao gồm nhiều giai đoạn, song giai đoạn chậm khống chế động học tồn q trình • Trong điện hố q trình ăn mịn điện hố, động học q trình thường khống chế hai giai đoạn chậm nhất: – Sự trao đổi electron phần tử tích điện bề mặt điện cực xảy chậm khống chế động học trao đổi electron gọi động học trao đổi điện tích, động học điện hố – Sự chuyển vật chất từ dung dịch đến bề mặt điện cực xảy chủ yếu khuếch tán giai đoạn chậm q trình điện hố ăn mòn kim loại giai đoạn khống chế động học tồn q trình thường gọi động học khuếch tán LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Giản đồ điện cực-pH (E-pH) • • • • • • • Giản đồ điện cực - pH trình bày phụ thuộc giá trị điện cực vào giá trị pH môi trường phản ứng Giản đồ xây dựng sở số liệu nhiệt động học cho phép giải thích trạng thái tồn tại, tính chất đơn chất hợp chất khả chuyển hố chất có hệ khảo sát Sự ăn mịn kim loại theo chế điện hố xảy môi trường nước gắn liền với hai q trình: oxi hố kim loại anot phản ứng khử xảy catot - khử ion H3+O có dung dịch khử oxi hồ tan dung dịch khử nước Mặt khác, ăn mịn kim loại theo chế điện hố phụ thuộc vào giá trị điện cực anot catot Trong môi trường nước giá trị điện cực có phụ thuộc vào pH Vì việc xây dựng giản đồ điện cực cân - pH cần thiết gọi tắt giản đồ điện cực - pH (E - pH)-giản đồ M Pourbaix LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Cơ sở số liệu để xây dựng giản đồ E - pH • Hệ oxi hoá khử tuý: Phản ứng oxi hố khử khơng có tham gia ion H3+O trao đổi electron: • Hệ axit - bazơ tuý: Phản ứng xảy hệ khảo sát có trao đổi proton H3+O khơng có trao đổi electron Hằng số cân Kcb = K phản ứng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Cơ sở số liệu để xây dựng giản đồ E - pH • Hệ phản ứng hỗn hợp - Có trao đổi electron có mặt ion H3+O tham gia phản ứng: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Giản đồ E – pH nước tinh khiết 25oC • • • • • Việc nghiên cứu giản đồ E - pH nước có ý nghĩa ăn mịn kim loại theo chế điện hoá Nước chất điện li yếu: Vì nồng độ H+ OH− nhỏ, nước có lượng khí O2 hồ tan Các phương trình oxi hố khử có liên quan đến H+, OH− H2O: Sự có mặt oxi đóng vai trị quan trọng ăn mịn kim loại mơi trường trung tính Trong trường hợp hoà tan kim loại thép xảy anot gắn liền vớiphản ứng catot - tiêu thụ oxi theo phản ứng: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Giản đồ E – pH nước tinh khiết 25oC • Khi PH2 > • PH2 < • Nếu PO2 > atm • PO2 < atm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com GIẢN ĐỒ HỆ Fe- H2O Vùng ăn mịn Vùng thụ động Vùng khơng ăn mịn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CƠNG NGHỆ CHỐNG ĂN MỊN TRONG KỸ THUẬT LỌC HÓA DẦU NỘI DUNG: E-pH diagram of iron or steel with four concentrations of soluble species, three soluble species and two wet corrosion products (25oC) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CÔNG NGHỆ CHỐNG ĂN MỊN TRONG KỸ THUẬT LỌC HĨA DẦU NỘI DUNG: E-pH diagram of iron or steel with four concentrations of soluble species, three soluble species and two dry corrosion products (25oC) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CÔNG NGHỆ CHỐNG ĂN MỊN TRONG KỸ THUẬT LỌC HĨA DẦU Possible reactions in the Fe-H2O system between the species most stable in wet conditions LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CƠNG NGHỆ CHỐNG ĂN MỊN TRONG KỸ THUẬT LỌC HÓA DẦU NỘI DUNG: E-pH diagram of iron with the cathodic protection criterion at -053 V vs SHE (-0.85 V vs CCSRE (Copper/Copper Sulfate Reference Electrode)) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CƠNG NGHỆ CHỐNG ĂN MỊN TRONG KỸ THUẬT LỌC HÓA DẦU NỘI DUNG: E-pH diagram of solid species of aluminum when the soluble species are at one molar concentration (25oC) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CƠNG NGHỆ CHỐNG ĂN MỊN TRONG KỸ THUẬT LỌC HÓA DẦU Possible reactions in the Al-H2O system LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CÔNG NGHỆ CHỐNG ĂN MỊN TRONG KỸ THUẬT LỌC HĨA DẦU NỘI DUNG: E-pH diagram of aluminum with four concentrations of soluble species (25oC) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CƠNG NGHỆ CHỐNG ĂN MỊN TRONG KỸ THUẬT LỌC HĨA DẦU NỘI DUNG: E-pH corrosion diagram of aluminum at 25oC LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CÔNG NGHỆ CHỐNG ĂN MỊN TRONG KỸ THUẬT LỌC HĨA DẦU NỘI DUNG: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chất oxy hóa H+ O2 • Sự khử phân cực Oxy: O2+4e+ 2H2O=4OHOxy hòa tan trạng thái cân aO2=K PO2 Điện cân O2 phụ thuộc vào pH dung dịch: pH tăng ĐT CB giảm ngược lại Q trình ăn mịn phụ thuộc bỡi tốc độ khuyếch tán LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Điều kiện nhiệt động Các giai đoạn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com • Chất khử phân cực H+ - Sự ăn mòn dung dịch acid - Q trình hịa tan kim loại kèm theo thoát H2 2H+ + 2e= H2 Qúa trình phụ thuộc vào pH LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... dịng điện • Q trình ăn mịn điện hố xảy tương tự hoạt động pin điện bị khép kín mạch LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Cơ chế trình ăn mịn điện hóa • Vùng anot xảy q trình. .. đổi điện tích, động học điện hoá – Sự chuyển vật chất từ dung dịch đến bề mặt điện cực xảy chủ yếu khuếch tán giai đoạn chậm trình điện hố ăn mịn kim loại giai đoạn khống chế động học toàn trình. .. ăn mịn điện hố, động học q trình thường khống chế hai giai đoạn chậm nhất: – Sự trao đổi electron phần tử tích điện bề mặt điện cực xảy chậm khống chế động học trao đổi electron gọi động học trao