Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 469 NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ỨC CHẾ ĂN MÒN THÉP CT3 TRONG DUNG DỊCH NACL 3,5% CỦA TANIN TÁCH VỎ CÂY THÔNG CARIBAEA A STUDY ON THE CT3 STEEL CORROSION INHIBITION IN NACL 3.5% SOLUTION OF TANIN EXTRACTED FROM PINUS CARIBAEA SKIN SVTH: Nguyễn Thị Hoa Lớp 06SHH , Khoa Hoá, Trường Đại học Sư phạm GVHD: PGS.TS. Lê Tự Hải Phòng KH, SĐH & HTQT, Trường Đại học Sư phạm TÓM TẮT Tanin tách ra từ vỏ cây thông caribaea trong dịch chiết được định lượng bằng phương pháp Lowenthal.Các nhóm chức trong tanin được xác định bằng phương pháp quang phổ hồng ngoại (IR). Sử dụng chương trình Potentiondyamic trên thiết bị đo PGS-HH3 để nghiên cứu tính chất ức chế ăn mòn thép CT3 trong dung dịch NaCl 3,5% của tanin. Kết quả đã tìm được điều kiện tối ưu để tách tanin từ cỏ cây thông caribaea và xác định tanin có tính chất ức chế ăn mòn kim loại. ABSTRACT Tanin extracted from Pinus caribaea skin in solution was quantified by Lowenthal method. Funtion groups in tanin was determined by infrared spectroscopy (IR). Using Potentiondyamic program on PGS-HH3 equipment study on the CT3 steel corrosion inhibition in NaCl 3.5% solution. As a result, we found optimal condition to extract tanin Pinus caribaea skin from and determined tanin had the corrosion inhibition of metal. 1. Mở đầu Ăn mòn kim loại là hiện tượng phá huỷ các vật liệu kim loại do tác dụng hoá học hoặc tác dụng điện hoá giữa kim loại với môi trường bên ngoài.[2, 3, 4] Việc chống ăn mòn kim loại là một vấn đề cấp bách cả về mặt kinh tế cũng như công nghệ. Hiện nay, khoảng 25% lượng thép sản xuất ra hàng năm được dùng để thay thế cho những thiết bị bằng thép bị han rỉ. Có nhiều phương pháp để chống ăn mòn kim loại, trong đó có phương pháp sử dụng các chất ức chế như cromat, photphat, nitrit,…Tuy nhiên, các chất ức chế này thường gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy, hướng sử dụng các chất ức chế sạch, thân thiện với môi trường. Đó là những chất xuất phát từ hợp chất thiên nhiên như tanin, đang được các nhà khoa học quan tâm. Các nhà khoa học đã khẳng định: thông Caribe là một loại cây lấy gỗ lớn với nhiều lợi ích kinh tế. Nhựa thông có nhiều ứng dụng trong y học và mỹ phẩm. Đặc biệt gỗ Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 470 thông Caribe có các đặc tính: nhẹ, màu sắc đẹp, có mùi thơm, bền chắc, không bị mối mọt, dễ xử lí là một chất liệu thích hợp để làm vật dụng nội thất, đóng tàu thuyền, gia công nhạc cụ, hàng mỹ nghệ và ứng dụng phổ biến nhất là dùng trong công nghệ bột giấy. Điều đó đồng nghĩa với một lượng lớn vỏ cây thông caribea sẽ bị bỏ phí hoặc để làm củi đốt, điều đó thật lãng phí. Theo tài liệu tôi được biết trong vỏ cây thông caribea có chứa một hàm lượng Tanin khá lớn. Trong đề tài này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết tanin từ vỏ thông caribaea và sử dụng tanin làm chất ức chế ăn mòn thép CT3 trong dung dịch NaCl 3,5%. 2. Thực nghiệm 2.1. Nguyên liệu Vỏ thông caribaea được rửa sạch, thái nhỏ bằng dao kim loại không gỉ, sấy ở 80 0 C đến khô. 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng các yếu tố đến quá trình chiết tanin Tiến hành nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết tanin gồm có: tỉ lệ dung môi nước - etanol, nhiệt độ, thời gian, tỉ lệ giữa dung môi - nguyên liệu. Định lượng tanin thu được trong dịch chiết bằng phương pháp Lowenthal: oxi hoá khử bằng chất oxi hoá là KMnO 4 với chất chỉ thị inđigocacmin. [1, 5, 6] 2.2.2. Nghiên cứu tính chất ức chế ăn mòn kim loại của tanin - Thiết bị đo: sử dụng thiết bị đo PGS - HH3, chương trình Potentiondyamic - Điện cực: Điện cực làm việc: được chế tạo từ thép CT3, diện tích bề mặt làm việc là 4cm 2 , phần còn lại được bọc nhiều lớp nhựa epoxy chồng lên nhau để màng nhựa cách li tốt. Điện cực so sánh là Ag,AgCl, Cl - và điện cực đối là điện cực Platin (Pt). - Hoá chất: + Dung dịch NaCl 3,5%. + Tanin tách từ vỏ cây thông caribaea. 3. Kết quả và thảo luận 3.1. Ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình chiết tách Tanin từ vỏ cây thông caribea 3.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ Điều kiện khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ, cân 1 gam nguyên liệu khô kích thước bột, đun cách thủy với 60 ml dung môi nước, với các nhiệt độ khác nhau. Kết quả thực nghiệm được trình bày ở bảng 1.1. Bảng 1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình chiết tách tannin STT Nhiệt độ( o C) a (ml) b (ml) X (%) 1 60 1.9 0.6 18.915 Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 471 2 70 2.0 0.6 20.37 3 80 2.1 0.6 21.825 4 90 2.05 0.6 20.096 5 100 2.1 0.6 21.825 6 110 2.05 0.6 20.096 Vậy, nhiệt độ tối ưu cho quá trình chiết tanin từ vỏ cây thông caribea là 80 o C. 3.1.2. Ảnh hưởng của thời gian Điều kiện khảo sát ảnh hưởng của thời gian : 1 gam nguyên liệu khô, kích thước bột, đun cách thủy ở 80 o C với 60 ml dung môi nước, với các thời gian khác nhau. Kết quả thực nghiệm được trình bày ở bảng 1.2. Bảng 1.2. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình chiết tách tannin STT Thời gian đun (ph) a (ml) b (ml) X (%) 1 10 1.95 0.6 19.643 2 20 2 0.6 20.37 3 30 2 0.6 20.37 4 40 2.05 0.6 20.096 5 50 2.1 0.6 21.825 6 60 2.1 0.6 21.825 7 70 2.05 0.6 20.096 8 80 2.1 0.6 21.825 Vậy, thời gian tối ưu cho quá trình chiết tanin từ vỏ cây thông caribea là 50 phút. 3.1.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu rắn : dung môi lỏng Cân 1 gam nguyên liệu, kích thước bột, đun ở 80 o C trong thời gian 50 phút. Khảo sát sự phụ thuộc của tỉ lệ nguyên liệu rắn : dung môi lỏng Bảng 1.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu rắn : dung môi lỏng STT Thể tích dung môi (ml) a (ml) b (ml) X (%) 1 10 1.9 0.6 18.915 2 20 1.95 0.6 19.643 3 30 1.95 0.6 19.643 4 40 2 0.6 20.37 5 50 2.05 0.6 20.096 6 60 2.1 0.6 21.825 7 70 2.1 0.6 21.825 Vậy, tỉ lệ 1 gam nguyên liệu : 60 ml dung môi là tối ưu. 3.1.4. Ảnh hưởng của tỉ lệ nước : etanol Sau khi lựa chọn được kích thước, thời gian chúng tôi tiến hành cân 1 gam nguyên Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 472 Hình 1.2: Tanin rắn liệu khô, dạng bột, đun cách thủy ở 80 o C với 60 ml dung môi, khảo sát sự phụ thuộc tỉ lệ dung môi nước : etanol với thời gian chiết là 50 phút. Kết quả thực nghiệm trình bày ở bảng 3.4. Bảng 1.4. Ảnh hưởng của tỉ lệ nước : etanol đến quá trình chiết tách tanin STT Tỉ lệ nước : etanol a (ml) b (ml) X (%) 1 60 : 0 2.1 0.6 21.825 2 0 : 10 1.0 0.6 5.82 3 40 : 20 1.9 0.6 18.915 4 30 : 30 2.55 0.6 28.373 5 20 : 40 2.8 0.6 32.01 6 10 : 50 2.7 0.6 30.555 7 0 : 60 2.5 0.6 27.645 Vậy tỉ lệ nước : etanol = 1 : 2 thu được lượng tanin lớn nhất. Tóm lại: Điều kiện tối ưu cho quá trình chiết tách tanin từ vỏ cây thông caribea là: Kích thước nguyên liệu: bột, tỉ lệ nước : etanol = 1 : 2, nhiệt độ 80 o C, thời gian 50 phút, tỉ lệ rắn:lỏng = 1gam : 60 ml Với điều kiện này thì lượng tanin thu được bằng 32.01% so với lượng nguyên liệu khô. 3.2. Tách tanin rắn Sau khi sử lí vỏ cây thông caribea bằng dung môi chiết, thì trong dịch chiết, ngoài tanin còn có tạp chất. Để tách tạp chất ta dùng dd Clorofom để loại tạp chất, tách tạp chất ta được dịch chiết còn lại là Tanin. Đuổi dịch chiết còn lại ta thu đươc tanin rắn 3.2.1. Phổ hồng ngoại của tanin tách bằng dung môi etanol – nước. Hình 3.2.1. Phổ hồng ngoại của tanin tách bằng dung môi etanol – nước Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 473 Hình 3.2.2 Phổ hồng ngoại của tanin sau khi xử lí qua clorofom Tần số dao động của một số nhóm chức có trong Tanin được trình bày trong bảng sau: Tần số, cm -1 Loại dao động Tần số, cm -1 Loại dao động 3350 1750 1509 1350 -OH(ht) C=O (ht) C = O thơm (ht) C = C 1200 1155 600 -750 =C – O – C C – O – C C – H dao động không phẳng Vậy tanin trong vỏ cây thông caribea có các nhóm chức phù hợp với công thức Tanin đã công bố. 3.3. Tính chất ức chế ăn mòn kim loại của tanin tách từ vỏ cây thông caribaea 3.3.1. Đường cong phân cực của thép trong dung dịch NaCl 3,5% khi không có chất ức chế U(V) -0.4-0.45-0.5-0.55-0.6-0.65-0.7-0.75-0.8 j (mA/cm^2) 3 2 1 0 -1 -2 -3 Pol. resistance : 13,0835Ohm Corr. density: 4,985E-0001 mA/cm2 3.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch tanin đến tính chất ức chế ăn mòn Tiến hành ngâm thép trong dung dịch tanin với các nồng độ 50mg/l, 60mg/l, 70mg/l, 80mg/l, 90mg/l, 90mg/l, 100mg/l, với thời gian 30 phút và đo đường cong phân cực thép CT3 trong dung dịch NaCl 3,5%. Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 474 Bảng 1.5. Giá trị điện trở phân cực (Rp), dòng ăn mòn (icorr) và hiệu quả ức chế Z (%) theo nồng độ dung dịch tanin Nồng độ tanin (mg/l) Rp (Ohm) icorr (mA/cm2) Z (%) 0 13.3447 4.8877E-0001 0 50 33.5267 1.9455E-0001 60.02 60 38.0924 1.7123E-0001 64.97 70 45.7239 1.3644E-0001 72.09 80 55.2668 1.1801E-0001 75.86 90 18.2078 3.5823E-0001 26.71 100 11.8659 4.4969 E-0001 8.00 Vậy nồng độ dung dịch tanin tối ưu là: 80mg/l. 3.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch tanin đến tính chất ức chế ăn mòn Tiến hành ngâm thép trong dung dịch tanin với các nồng độ 50mg/l, 60mg/l, 70mg/l, 80mg/l, 90mg/l, 90mg/l, 100mg/l, với thời gian 30 phút và đo đường cong phân cực thép CT3 trong dung dịch NaCl 3,5%. Bảng 1.6. Giá trị điện trở phân cực (Rp), dòng ăn mòn (icorr) và hiệu quả ức chế Z (%) theo thời gian ngâm thép trong dung dịch tanin 80m g/l Thời gian ngâm (ph) Rp (Ohm) icorr (mA/cm2) Z (%) 0 13.3447 4.8877E-0001 0 U(V) -0.4-0.45-0.5-0.55-0.6-0.65-0.7-0.75-0.8 j (mA/cm^2) 3 2 1 0 -1 -2 -3 U(V) -0.4-0.45-0.5-0.55-0.6-0.65-0.7-0.75-0.8 j (mA/cm^2) 3 2 1 0 -1 -2 -3 Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 475 10 18.9227 3.4461E-0001 29.49 20 20.4326 3.1922E-0001 34.69 30 55.2668 1.1801E-0001 75.86 40 25.25 2.5832 E-0001 47.15 50 21.7534 2.9984E-0001 38.65 60 21.3031 3.0618E-0001 37.36 70 18.7595 3.4769E-0001 28.86 80 14.0326 4.6481E-0001 4.90 Vậy thời gian ngâm tối ưu là: 30 phút. 4. Kết luận Qua quá trình nghiên cứu cho phép chúng tôi đưa ra một số kết luận sau: - Đã tìm được điều kiện tối ưu cho quá trình chiết tanin từ vỏ cây thông caribaea: kích thước nguyên liệu: bột; tỉ lệ dung môi nước : etanol = 1:2; nhiệt độ 80 o C; thời gian: 50 phút; tỉ lệ rắn : lỏng = 1 gam : 60 ml. Với điều kiện này thì lượng tanin thu được bằng 32,01% so với lượng nguyên liệu khô. - Kết quả đo IR (quang phổ hồng ngoại) cho thấy thành phần tanin trong 2 mẫu tương đương nhau. Kết hợp với các điều kiện tối ưu cho quá trình chiết tanin từ vỏ cây thông caribaea, chúng tôi lựa chọn tanin tách từ dung môi nước - etanol để nghiên cứu khả năng ức chế ăn mòn kim loại. - Tanin có tính chất ức chế ăn mòn kim loại. Với thời gian ngâm thép là 30 phút trong dung dịch tanin 80 mg/l thì hiệu quả ức chế ăn mòn thép CT3 trong dung dịch NaCl 3,5% của tanin là 75.86%. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ Y tế (1980), Bài giảng dược liệu tập 1, NXB Y học, Hà Nội. [2] Phan Lương Cầm (1985), Ăn mòn và bảo vệ kim loại, ĐHKT Delf, Hà Lan. [3] Lê Tự Hải (2003), Giáo trình điện hoá học, ĐHSP Huế. [4] Nguyễn Văn Tuế (2001), Ăn mòn và bảo vệ kim loại, NXB GD. [5] Đỗ Trọng Biểu (1998), Đánh giá chất lượng chè đen xuất khẩu của Việt Nam bằng phân tích các hợp chất màu sản phẩm oxi hoá của Tanin, Tạp chí Nông nghiệp, Số 8. [6] Ann E. Hagerman (1998), Tanin Chemistry, Department of Chemistry and Biochemistry, Miani University, Ofoxd, USA. [7] Phạm Thị Thùy Trang, Luận văn tốt nghiệp. . nghiên cứu tính chất ức chế ăn mòn thép CT3 trong dung dịch NaCl 3,5% của tanin. Kết quả đã tìm được điều kiện tối ưu để tách tanin từ cỏ cây thông caribaea và xác định tanin có tính chất ức. viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 469 NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ỨC CHẾ ĂN MÒN THÉP CT3 TRONG DUNG DỊCH NACL 3,5% CỦA TANIN TÁCH VỎ CÂY THÔNG CARIBAEA A STUDY ON THE CT3. trình chiết tanin từ vỏ cây thông caribaea, chúng tôi lựa chọn tanin tách từ dung môi nước - etanol để nghiên cứu khả năng ức chế ăn mòn kim loại. - Tanin có tính chất ức chế ăn mòn kim loại.