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

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

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 Đồ án tốt nghiệp 1 Lý Ngọc Tài Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL MỤC LỤC Lý Ngọc Tài 1 MỤC LỤC 2 LỜI MỞ ĐẦU 6 PHẦN 1: TỔNG QUAN 7 1.1 Ăn mòn kim loại trong môi trường nước .7 1.1.1 Cơ chế ăn mòn 7 1.1.2 Những yếu tố bên trong ảnh hưởng đến ăn mòn điện hóa 7 1.1.2.1 Độ bền vững nhiệt động 7 1.1.2.2 Thành phần và cấu trúc hợp kim .9 1.1.3 Những yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến ăn mòn điện hóa (Tác động của môi trường) 9 1.1.3.1 Ảnh hưởng của pH 9 1.1.3.2 Ảnh hưởng của thành phần dung dịch 11 1.1.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ oxy 13 1.1.3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ 14 1.1.3.5 Ảnh hưởng của CO2 .15 1.1.3.6 Ảnh hưởng của H2S 15 1.1.3.7 Ảnh hưởng của gia công nhiệt 15 1.1.3.8 Ảnh hưởng của gradient nhiệt độ 15 1.1.3.9 Ảnh hưởng của sự lắp ráp thiết bị 16 1.2 Các biện pháp bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn trong môi trường nước 16 1.2.1 Bảo vệ kim loại bằng cách biến đổi môi trường 16 1.2.1.1 Loại trừ các cấu tử gây ăn mòn .16 1.2.1.2 Bảo vệ kim loại bằng các chất ức chế ăn mòn 17 1.2.2 Bảo vệ kim loại bằng cách thay đổi điện thế điện cực 18 1.2.3 Bảo vệ kim loại bằng các lớp phủ 19 Đồ án tốt nghiệp 2 Lý Ngọc Tài Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL 1.2.3.1 Lớp phủ kim loại .19 1.2.3.2 Lớp phủ phi kim 19 1.3 Bảo vệ kim loại bằng chất ức chế 20 1.3.1 Chất ức chế thụ động .21 1.3.2 Chất ức chế không thụ động 22 1.3.2.1.Chất ức chế catốt [1] 22 1.3.2.2 Chất ức chế anốt 23 1.3.2.3 Chất ức chế hỗn hợp [1] 24 1.3.3 Chất ức chế xanh 24 PHẦN 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM .27 2.1 Chiết tách dịch chiết có hoạt tính ức chế từ vỏ bưởi, vỏ cam 27 2.1.1 Nguyên liệu 27 2.1.2 Nguyên tắc chưng cất 27 2.1.3 Hiệu suất chiết tách .28 2.2 Chuẩn bị thí nghiệm .29 2.2.1 Chuẩn bị dung dịch 29 2.2.2 Chuẩn bị mẫu 30 2.3 Chế độ thí nghiệm 30 2.4 Thông số đo và phương pháp đo 31 2.4.1 Phương pháp đo đường cong phân cực 31 2.4.2 Phương pháp tổng trở 33 2.4.3 Phương pháp khối lượng .37 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 .38 3.1.1 Ảnh hưởng của Urotropin đến đường cong phân cực của thép trong môi trường axit HCl 1N 38 Đồ án tốt nghiệp 3 Lý Ngọc Tài Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL 3.1.2 Ảnh hưởng của Urotropin đến phổ tổng trở điện hóa của thép trong dung dịch nghiên cứu .40 3.1.3 Ảnh hưởng của chất ức chế Urotropin đến tốc độ ăn mòn thép trong môi trường axit HCl 1N 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) 44 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 44 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 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 của thép trong môi trường axit HCl 1N 49 3.3.3 Ảnh hưởng của dịch chiết vỏ cam đến phổ tổng trở điện hóa của thép trong dung dịch nghiên cứu .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 của thép trong môi trường axit HCl 1N 52 3.4.2 Ảnh hưởng của tinh dầu cam đến phổ tổng trở điện hóa của thép trong dung dịch nghiên cứu 54 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 .55 Đồ án tốt nghiệp 4 Lý Ngọc Tài Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL 3.5.1 Ảnh hưởng của tinh dầu tiêu đen đến đường cong phân cực của thép trong môi trường axit HCl 1N 55 3.5.2 Ảnh hưởng của tinh dầu tiêu đen đến phổ tổng trở điện hóa của thép trong dung dịch nghiên cứu .57 KẾT LUẬN 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 Đồ án tốt nghiệp 5 Lý Ngọc Tài Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL LỜI MỞ ĐẦU Ăn 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 Đồ án tốt nghiệp 6 Lý Ngọc Tài 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 Đồ án tốt nghiệp 7 Lý Ngọc Tài Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL Độ bền vững nhiệt động được xác định bằng điện thế cân bằng E cb, 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 Đồ án tốt nghiệp 8 Lý Ngọc Tài Đại học Bách khoa Hà Nội - Những kim loại có Bộ Môn CNĐH & BVKL > 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: 2H+ + 2e Đồ án tốt nghiệp 9 H2 Lý Ngọc Tài Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL 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 O2 + 2H2O + 4e H2O 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 Đồ án tốt nghiệp 10 Lý Ngọc Tài Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL 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 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 Đồ án tốt nghiệp 46 Lý Ngọc Tài Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL 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 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 1 1,06 130,322 84,2 2 1,02 311,790 93,4 3 1,05 239,96 91,6 Đồ án tốt nghiệp 47 Lý Ngọc Tài Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL Ta thấy rằng, giá trị của R ct 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 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 Đồ án tốt nghiệp 48 Lý Ngọc Tài Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL Bảng 3.6: Hiệu suất chiết tách dịch chiết từ vỏ cam Mẻ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Khối lượng nguyên liệu, g 535 514 251 506 454 532 510 198 574 638 K.lg dịch chiết, g 11,12 10,69 10,11 10,38 18,85 21,02 9,85 7,69 23,45 24,71 Hiệu suất, % 2,08 2,08 4,03 2,05 4,15 3,95 1,93 3,88 4,08 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 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 Đồ án tốt nghiệp 49 Lý Ngọc Tài Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL Hì 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 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 Đồ án tốt nghiệp 50 Lý Ngọc Tài Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL 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 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 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 Đồ án tốt nghiệp 51 Lý Ngọc Tài Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL 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 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 Đồ án tốt nghiệp 52 Lý Ngọc Tài Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL 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 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, % 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 Đồ án tốt nghiệp 53 Lý Ngọc Tài Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL 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 (R ct) tăng với sự tăng nồng độ của dịch chiết, điều này cho thấy sự giảm tốc độ ăn mòn của thép hay 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) Đồ án tốt nghiệp 54 Lý Ngọc Tài Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL 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 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 Đồ án tốt nghiệp 55 Lý Ngọc Tài Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL 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 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 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 Đồ án tốt nghiệp 56 Lý Ngọc Tài Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL 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 Đồ án tốt nghiệp 57 Lý Ngọc Tài Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL 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 (R ct) khi dung dịch có tinh dầu tiêu đen cao hơn khi không có tinh dầu tiêu nhưng không nhiều và khi nồng độ tinh dầu tăng từ 1 đến 3g/l thì R ct 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 Đồ án tốt nghiệp 58 Lý Ngọc Tài Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL 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 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… Đồ án tốt nghiệp 59 Lý Ngọc Tài Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL 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 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 Đồ án tốt nghiệp 60 Lý Ngọc Tài ... là: ? ?Khảo sát khả ức chế số dịch chiết chiết xuất từ thực vật tự nhiên Việt Nam q trình ăn mịn thép mơi trường axit? ?? Các loại dịch chiết nghiên cứu gồm: - Dịch chiết vỏ bưởi Năm roi - Dịch chiết. .. là: ? ?Khảo sát khả ức chế số dịch chiết chiết xuất từ thực vật tự nhiên Việt Nam trình ăn mịn thép mơi trường axit? ?? PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1 Ăn mịn kim loại mơi trường nước 1.1.1 Cơ chế ăn mịn Ăn mịn... & BVKL Mục tiêu đồ án khảo sát khả ức chế số dịch chiết chiết xuất từ thực vật tự nhiên Việt Nam q trình ăn mịn thép mơi trường axit gồm: dịch chiết vỏ bưởi Năm roi, dịch chiết cam, tinh dầu cam