nghiên cứu bán tổng hợp cacboxyl methyl cellulose (cmc) hòa tan từ cellulose thân tre và ứng dụng làm chất ức chế ăn mòn kim loại

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG PHẠM THỊ THÙY TRANG NGHIÊN CỨU BÁN TỔNG HỢP CACBOXYL METHYL CELLULOSE (CMC) HÒA TAN TỪ CELLULOSE THÂN TRE VÀ ỨNG DỤNG LÀM CHẤT ỨC CHẾ ĂN MÒN KIM LOẠI Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Mã số: 60 44 27 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Lê Tự Hải Đà Nẵng – Năm 2011 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Phạm Thị Thùy Trang MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam ñoan Mục lục Danh mục các bảng Danh mục các hình MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 4 1.1. Thành phần hóa học của gỗ 4 1.1.1. Hydratcacbon 4 1.1.2. Lignin 6 1.1.3. Các chất trích ly (chất hòa tan) 8 1.1.4. Chất vô cơ 8 1.2. Tre xanh 9 1.2.1. Phân loại khoa học 9 1.2.2. Đặc ñiểm sinh thái 9 1.2.3. Thu hoạch và lọc nhựa 10 1.2.4. Thành phần hóa học 11 1.3. Đại cương về cacboxyl methyl cellulose 12 1.3.1. Khái niệm về cacboxylmethyl cellulose 12 1.3.2. Tổng hợp CMC 13 1.3.3. Tính chất của CMC 13 1.3.4. Ứng dụng của CMC 14 1.4. Phương pháp tách cellulose (bột giấy) 15 1.4.1. Phương pháp tách cellulose 15 1.4.2. Phản ứng của hydratcacbon và lignin trong môi trường kiềm 16 1.3.3. Phản ứng hóa học trong quá trình nấu bột sunfat 20 1.5. Lý thuyết về ăn mòn kim loại và bảo vệ kim loại 21 1.5.1. Ăn mòn kim loại 21 1.5.2. Các phương pháp bảo vệ kim loại 30 CHƯƠNG 2. NHỮNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 39 2.1. Tách cellulose từ thân tre 39 2.1.1. Nguyên liệu 39 2.1.2. Xử lý hóa bằng phương pháp sunfat (phương pháp Kraft) 39 2.1.3. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình tách cellulose từ thân tre 41 2.1.4. Tẩy trắng bột cellulose thô 41 2.1.5. Phân tích sản phẩm cellulose thân tre bằng phương pháp phân tích phổ hồng ngoại (IR) 43 2.2. Bán tổng hợp cacboxyl methyl cellulose từ cellulose thân tre 43 2.2.1. Bán tổng hợp CMC 44 2.2.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình bán tổng hợp CMC 45 2.2.3. Phân tích sản phẩm CMC bán tổng hợp từ cellulose thân tre 46 2.3. Khảo sát khả năng ức chế ăn mòn kim loại của cacboxyl methyl cellulose 46 2.3.1. Thiết bị ño 46 2.3.2. Điện cực và hoá chất 47 2.3.3. Phương pháp chuẩn bị bề mặt 47 2.3.4. Phương pháp nghiên cứu 48 2.4. Phương pháp xử lý số liệu 51 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 52 3.1. Ảnh hưởng của các yếu tố ñến quá trình tách cellulose từ thân tre 52 3.1.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố ñến quá trình nấu tre theo phương pháp sunfat (phương pháp Kraft) 52 3.1.2. Tẩy trắng bột cellulose thô 57 3.1.3. Phân tích sản phẩm cellulose thân tre bằng phương pháp phân tích phổ hồng ngoại (IR) 58 3.2. Ảnh hưởng của các yếu tố ñến quá trình bán tổng hợp cacboxyl methyl cellulose 60 3.2.1. Ảnh hưởng của nồng ñộ NaOH ñến mức ñộ thế của CMC 60 3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian kiềm hóa ñến mức ñộ thế của CMC 61 3.2.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ mol ClCH 2 COONa/cellulose ñến mức ñộ thế của CMC 63 3.2.4. Ảnh hưởng của thời gian cacboxyl hóa ñến mức ñộ thế của CMC 64 3.3. Phân tích sản phẩm cacboxyl methyl cellulose 66 3.4. Khảo sát khả năng ức chế ăn mòn kim loại của cacboxyl methyl cellulose 68 3.4.1. Đường cong phân cực của thép trong dung dịch NaCl 3,5% khi không có chất ức chế 68 3.4.2. Ảnh hưởng của thời gian ngâm thép trong dung dịch CMC ñến tính chất ức chế ăn mòn 68 3.4.3. Ảnh hưởng của nồng ñộ dung dịch CMC ñến tính chất ức chế ăn mòn kim loại 72 KẾT LUẬN 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO) DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1 Thành phần các muối hoà tan trong nước biển 28 1.2 Thành phần (%) các nguyên tố của thép CT3 29 1.3 Một số chất ức chế ñược dùng trong môi trường H 2 SO 4 22% 36 1.4 Cấu trúc của một số chất hữu cơ ức chế ăn mòn ñiển hình 36 2.1 Tần số dao ñộng của một số nhóm chức hữu cơ 61 3.1 Kế hoạch tiến hành thí nghiệm và kết quả xác ñịnh thể tích dung dịch KMnO 4 0,1N phản ứng với 0,1 gam bột tre sau khi nấu 53 3.2 Kết quả thí nghiệm ở tâm 55 3.3 Tần số và loại dao ñộng trong phổ hồng ngoại của cellulose thân tre 59 3.4 Ảnh hưởng của nồng ñộ NaOH ñến mức ñộ thế của CMC 60 3.5 Ảnh hưởng của thời gian kiềm hóa ñến mức ñộ thế của CMC 62 3.6 Ảnh hưởng của tỉ lệ mol ClCH 2 COONa/cellulose ñến mức ñộ thế của CMC 63 3.7 Ảnh hưởng của thời gian cacboxyl hóa ñến mức ñộ thế của CMC 65 3.8 Tần số và loại dao ñộng trong phổ hồng ngoại của CMC bán tổng hợp từ cellulose thân tre 67 3.9 Giá trị ñiện trở phân cực (R p ), dòng ăn mòn (i corr ) và hiệu quả ức chế Z (%) theo thời gian ngâm thép trong dung dịch CMC 30 mg/l 71 3.10 Giá trị ñiện trở phân cực (R p ), dòng ăn mòn (i corr ) và hiệu quả ức chế Z (%) theo nồng ñộ dung dịch CMC với thời gian ngâm 20 phút 75 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình Tên hình Trang 1.1 Cấu trúc cellulose 04 1.2 Một số cấu trúc của lignin 07 1.3 Thân tre 09 1.4 Phản ứng oxi hóa của hydratcacbon trong môi trường kiềm 17 1.5 Phản ứng thủy phân cấu trúc cacbonyl-β-glucoxy 17 1.6 Phản ứng chuyển vị và tách loại hydratcacbon trong môi trường kiềm 18 1.7 Phản ứng peeling 18 1.8 Minh họa phản ứng thủy phân lignin trong môi trường kiềm 19 1.9 Minh họa phản ứng ngưng tụ lignin trong môi trường kiềm 20 1.10 Phản ứng của cấu trúc lignin β-O-4 trong quá trình nấu bột sunfat 20 1.11 Phản ứng của cấu trúc phenylcumaran trong quá trình nấu bột sunfat 21 1.12 Sơ ñồ ăn mòn ñiện hoá 23 1.13 Đường cong phân cực 26 1.14 Giản ñồ Evans (Giản ñồ ñường cong phân cực E -lgi) 26 1.15 Giản ñồ thế - pH các vùng ăn mòn và bảo vệ kim loại 33 1.16 Bảo vệ catôt bằng protectơ 34 1.17 Sự tạo màng CrO 4 2- trên thép CT3 35 2.1 Sơ ñồ thiết bị ño ñường cong phân cực 46 2.2 Đồ thị xác ñịnh ñiện trở phân cực từ ñường cong phân cực 49 2.3 Phương pháp xác ñịnh dòng ăn mòn 50 3.1 Cellulose thân tre thô (còn lignin) 57 3.2 Cellulose thân tre 57 3.3 Phổ hồng ngoại của cellulose thân tre 58 3.4 Phổ hồng ngoại của cellulose thân tre so sánh với cellulose chuẩn trong thư viện phổ 59 3.5 Ảnh hưởng của nồng ñộ NaOH ñến mức ñộ thế của CMC 61 3.6 Ảnh hưởng của thời gian kiềm hóa ñến mức ñộ thế của CMC 62 3.7 Ảnh hưởng của tỉ lệ mol ClCH 2 COONa/cellulose ñến mức ñộ thế của CMC 64 3.8 Ảnh hưởng của thời gian cacboxyl hóa ñến mức ñộ thế của CMC 65 3.9 Cacboxyl methyl cellulose bán tổng hợp từ cellulose thân tre 66 3.10 Phổ hồng ngoại của CMC bán tổng hợp từ cellulose thân tre 67 3.11 Đường cong phân cực của thép trong dung dịch NaCl 3,5% khi không có chất ức chế 68 3.12 Đường cong phân cực của thép trong dung dịch NaCl 3,5% với thời gian ngâm thép trong dung dịch CMC 30 mg/l là 5 phút 69 3.13 Đường cong phân cực của thép trong dung dịch NaCl 3,5% với thời gian ngâm thép trong dung dịch CMC 30 mg/l là 10 phút 69 3.14 Đường cong phân cực của thép trong dung dịch NaCl 3,5% với thời gian ngâm thép trong dung dịch CMC 30 mg/l là 20 phút 70 3.15 Đường cong phân cực của thép trong dung dịch NaCl 3,5% với thời gian ngâm thép trong dung dịch CMC 30 mg/l là 30 phút 70 3.16 Hiệu quả ức chế Z (%) theo thời gian ngâm thép trong dung dịch CMC 30 mg/l 71 3.17 Đường cong phân cực của thép trong dung dịch NaCl 3,5% với thời gian ngâm thép trong dung dịch CMC 20 mg/l là 20 phút 72 3.18 Đường cong phân cực của thép trong dung dịch NaCl 3,5% với thời gian ngâm thép trong dung dịch CMC 40 mg/l là 20 phút 73 3.19 Đường cong phân cực của thép trong dung dịch NaCl 3,5% với thời gian ngâm thép trong dung dịch CMC 50 mg/l là 20 phút 73 3.20 Đường cong phân cực của thép trong dung dịch NaCl 3,5% với thời gian ngâm thép trong dung dịch CMC 60 mg/l là 20 phút 74 3.21 Đường cong phân cực của thép trong dung dịch NaCl 3,5% với thời gian ngâm thép trong dung dịch CMC 70 mg/l là 20 phút 74 3.22 Hiệu quả ức chế Z (%) theo nồng ñộ dung dịch CMC với thời gian ngâm thép là 20 phút 75 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CMC Cacboxyl methyl cellulose DS Mức ñộ thế DP Độ trùng hợp IR Phổ hồng ngoại . ngoại (IR) 43 2.2. Bán tổng hợp cacboxyl methyl cellulose từ cellulose thân tre 43 2.2.1. Bán tổng hợp CMC 44 2.2.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình bán tổng hợp CMC 45 2.2.3 NẴNG PHẠM THỊ THÙY TRANG NGHIÊN CỨU BÁN TỔNG HỢP CACBOXYL METHYL CELLULOSE (CMC) HÒA TAN TỪ CELLULOSE THÂN TRE VÀ ỨNG DỤNG LÀM CHẤT ỨC CHẾ ĂN MÒN KIM LOẠI Chuyên ngành: Hóa hữu. hợp CMC 45 2.2.3. Phân tích sản phẩm CMC bán tổng hợp từ cellulose thân tre 46 2.3. Khảo sát khả năng ức chế ăn mòn kim loại của cacboxyl methyl cellulose 46 2.3.1. Thiết bị ño 46 2.3.2.