Nghiên cứu chiết tách tanin của vỏ cây đước và ứng dụng làm chất ức chế ăn mòn kim loại
1 MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ở nước ta, Đước phân bố từ Nam Bắc đất ngập mặn ven biển chịu ảnh hưởng thủy triều Cây Đước vừa có tác dụng “ vệ sĩ bờ biển”, vừa có giá trị kinh tế cao Tuy nhiên, sau khai thác phận hữu dụng, lại lượng lớn vỏ Đước bị bỏ phí, làm cho hiệu canh tác Đước thấp Vỏ Đước chứa nhiều tanin, có tới 24% dùng công nghệ thuộc da, công nghiệp chế tạo thuốc nhuộm, công nghiệp làm giấy cao cấp, làm chất ức chế ăn mòn kim loại, làm lớp lót cho màng sơn… Ăn mòn kim loại lĩnh vực mà không nước giới không quan tâm, quốc gia có kinh tế phát triển theo đánh giá hàng năm quan phát triển Liên Hiệp Quốc (UNDP), ăn mòn kim loại làm tổn thất lớn kinh tế quốc dân chiếm tới 3% tổng sản phẩm quốc gia (GNP) Có nhiều phương pháp để chống ăn mòn kim loại, có phương pháp sử dụng chất ức chế cromat, photphat, nitrit, …Tuy nhiên, chất ức chế thường gây ô nhiễm môi trường Vì vậy, hướng sử dụng chất ức chế sạch, thân thiện với môi trường nhà khoa học quan tâm Nếu khai thác nguồn tanin từ lượng lớn vỏ Đước không sử dụng để làm chất ức chế trình ăn mòn kim loại nâng cao đáng kể hiệu vùng trồng Đước Vì thế, chọn đề tài "Nghiên cứu chiết tách tanin vỏ Đước ứng dụng làm chất ức chế ăn mòn kim loại " MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Xây dựng qui trình chiết tách nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình chiết tách tanin vỏ đước - Nghiên cứu ứng dụng tanin vỏ đước làm chất ức chế ăn mòn kim loại làm lớp lót cho màng sơn ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Cây Đước đất ngập mặn ven biển Cẩm Thanh – Hội An – Quảng Nam PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết Tổng quan phương pháp nghiên cứu đặc điểm sinh thái học đước, phân loại, tính chất lý hóa học ứng dụng tanin, phương pháp chiết tách hợp chất hữu cơ, khả ăn mòn bảo vệ kim loại… 4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm - phương pháp chiết - phương pháp phổ hồng ngoại - phương pháp xác định dòng ăn mòn - phương pháp xử lí số liệu Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 5.1 Ý nghĩa khoa học - Xác định điều kiện tối ưu trình tách chiết tanin từ vỏ đước - Khảo sát ứng dụng chống ăn mòn kim loại sản phẩm tanin thu 5.2 Ý nghĩa thực tiễn - Tìm hiểu ứng dụng quan trọng tanin - Nâng cao giá trị sử dụng đước đời sống CẤU TRÚC ĐỀ TÀI Mở đầu Chương 1: Tổng quan lý thuyết Chương 2: Nội dung phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết thảo luận Kết luận CHƯƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ KIM LOẠI [4], [7], [11] 1.1.1 Định nghĩa Ăn mòn kim loại phá hủy kim loại hợp kim tác dụng môi trường xung quanh, kim loại bị oxi hóa thành ion 1.1.2 Phân loại ăn mòn kim loại 1.1.2.1 Dựa vào chế trình ăn mòn kim loại, người ta chia ăn mòn kim loại thành loại sau: * Ăn mòn sinh học: Là ăn mòn kim loại gây tác động số vi sinh vật có môi trường đất, nước * Ăn mòn hóa học: Là ăn mòn kim loại trình tương tác bề mặt kim loại với môi trường xung quanh, xảy theo chế phản ứng hóa học dị thể nghĩa phản ứng chuyển kim loại thành ion xảy giai đoạn Quá trình ăn mòn hóa học xảy môi trường không khí khô (SO 2, CO2, H2S, O2…) nhiệt độ cao môi trường chất không điện li dạng lỏng (như ăn mòn thiết bị, nhiên liệu lỏng có lẫn hợp chất lưu huỳnh) * Ăn mòn điện hóa: Là ăn mòn kim loại tương tác bề mặt với môi trường xung quanh, xảy theo chế điện hóa, tuân theo qui luật động học điện hóa, xảy theo trình kèm theo sau đây: - Quá trình anôt trình chuyển kim loại vào dung dịch dạng ion hidrat hóa - Quá trình catôt trình nhận electron từ kim loại chất khử cực Vùng anot (-) ne Me ne D +mH2O K Men+ mH2O Dn + A - e Vùng catot (+)Hình 1.1 Sơ đồ ăn mòn điện hóa kim loại M 1.1.2.2 Dựa vào đặc trưng môi trường ăn mòn kim loại, người ta chia ăn mòn kim loại thành loại sau: * Ăn mòn khí bề mặt kim loại có nước ngưng tụ * Ăn mòn biển * Ăn mòn môi trường axit, trung tính kiềm * Ăn mòn dòng dò gây dò điện khiến cấu kiện kim loại đất bị phân cực thành anôt catôt 1.1.2.3 Dựa vào đặc trưng phá hủy kim loại, người ta chia kim loại thành loại sau: * Ăn mòn đều: xảy đồng toàn bề mặt * Ăn mòn khu trú: Dạng ăn mòn gắn liền với hình học ranh giới kim loại / dung dịch, đặc trưng khái quát dạng ăn mòn tồn pin ăn mòn khu trú, không khác với dạng ăn mòn Galvani ghép nối kim loại chất khác * Ăn mòn Galvani: xảy kim loại khác tiếp xúc môi trường xâm thực * Ăn mòn nứt: Dạng ăn mòn thường gặp vật liệu bị tác động áp suất nội ngoại môi trường xâm thực kết vật liệu bị gãy hay nứt 1.1.3 Cơ sở nhiệt động ăn mòn điện hóa học Để nghiên cứu nhiệt động học ăn mòn điện hóa, người ta xây dựng giản đồ Pourbaix (giản đồ mô tả mối tương quan pH dung dịch) E (V) 1,23 4OH- 4OH O2 + 2H2O + 4e 0,00 (2) 2H + 2e H2 + (1) pH Hình 1.2 Giản đồ - pH điện cực hidro oxi Trên giản đồ ta thấy: Đường ab biễu diễn cân điện cực hidro áp suất 1atm 2H+ + 2e H2 Nếu điện cực nằm thấp đường (1) điện cực xuất phản ứng khử: 2H+ + 2e → H2 Ở cao đường (1) xảy phản ứng: H2 → 2H+ + 2e Như vậy: Điều kiện cần thiết để kim loại bị ăn mòn điện hóa kèm theo việc giải phóng H2 250C là: < = - 0.059pH Sự ăn mòn điện hóa kèm theo khử ion H+ gọi ăn mòn có tượng khử phân cực hidro Đường (2) mô tả cân điện cực oxi áp suất 1atm O2 + 4e + 2H2O 4OH- Nếu điện cực nằm thấp đường (2) điện cực xảy phản ứng: O2 + 4e + H2O → 4OHỞ cao đường (2) xảy phản ứng: 4OH- → O2 + 2H2O + 4e Tương tự trên, điều kiện để kim loại bị ăn mòn điện hóa kèm theo việc giải phóng oxi 250C là: < = 1,23 – 0,059pH Tóm lại: Trong trình ăn mòn điện hóa Me chuyển thành Me n+, H+ (O2) chuyển thành H2 (OH-) Lúc ta nguyên tố Galvani: Men+ / Me anôt, điện cực hidro (oxi) catôt pH dung dịch tăng lên tốc độ ăn mòn điện hóa kèm theo việc giải phóng hiđro oxi giảm 1.1.4 Động học ăn mòn điện hóa Xét hệ ăn mòn gồm kim loại tiếp xúc với dung dịch điện phân Quá trình ăn mòn bao gồm phản ứng oxi hóa kim loại anôt kim loại phản ứng khử catôt Hệ ăn mòn tương đương với pin điện bị đoản mạch dòng điện xuất phát từ anôt Ia phải tới catôt Ic Xét mặt động học, ăn mòn kim loại thông số đặc trưng tốc độ ăn mòn ăn mòn 1.1.4.1 Tốc độ ăn mòn Nếu Sa diện tích khu vực anôt thì: Ia/m = Ia= ia Sa Trong trường hợp ăn mòn không kèm theo tạo lớp oxit ăn mòn bị khống chế trình chuyển điện tích, vận dụng phương trình VolmerBulter mật độ dòng ia, ic Ia/m = Ia = Sa.ia = Sa.iO,M exp [(1-α)nFηM/RT] Ở iO,M dòng trao đổi phản ứng Mn+ + ne M; α hệ số chuyển (0 < α [...]... 100% K0: tốc độ ăn mòn của kim loại trong dung dịch khi chưa có chất ức chế (g/m 2.h) K1: tốc độ ăn mòn của kim loại khi có chất ức chế (g/m2.h) - Hiệu quả bảo vệ (kí hiệu γ) γ= 17 1.1.10.2 Tác dụng của chất ức chế Để làm giảm tính xâm thực của môi trường, người ta sử dụng chất ức chế ăn mòn Tác dụng của chất ức chế là do: Hấp phụ phân tử chất hữu cơ lên bề mặt Thụ động hóa kim loại Tạo lớp kết... bằng chất ức chế 1.1.10.1 .Khái niệm chất ức chế Chất ức chế ăn mòn kim loại là chất mà khi thêm 1 lượng nhỏ vào môi trường thì tốc độ ăn mòn điện hóa của kim loại và hợp kim giảm đi rất lớn Cơ cấu tác dụng của chất ức chế là ngăn cản quá trình anôt, catôt hay tạo màng Để đánh giá hiệu quả của chất ức chế, người ta thường dựa vào 2 chỉ số sau: - Hệ số tác dụng bảo vệ (kí hiệu Z): Z= 100% K0: tốc độ ăn. .. nhiều chất ức chế được sử dụng để chống ăn mòn kim loại Tuy nhiên, các chất ức chế như cromat, photphat, nitrit, … thường gây ô nhiễm môi trường Vì vậy, hướng sử dụng các chất ức chế sạch, thân thiện với môi trường đang được các nhà khoa học quan tâm Đó là lý do chúng tôi tiến hành nghiên cứu tính chất ức chế ăn mòn thép CT3 của dung dịch tanin tách từ vỏ cây đước trong môi trường NaCl 3,5% và môi... ngăn oxi có thể tiếp cận kim loại Loại bỏ tác nhân ăn mòn (ví dụ như oxi hòa tan) Tùy theo sự kìm hãm xảy ra ở catôt hoặc anôt mà chất ức chế ăn mòn được phân loại thành chất ức chế catôt hay chất ức chế anôt 1.1.10.3 Chất ức chế catôt Các cation As3+, Bi3+ trong môi trường axit chúng sẽ phóng điện trên catôt tạo thành As và Bi Quá thế của H2 trên kim loại này cao hơn quá thế H2 trên thép Do đó, làm. .. một ống làm đối chứng ống kia thêm vào 5ml dung dịch gelatin – muối, khuấy đều thấy có kết tủa bông trắng xuất hiện → Có Tanin 2.1.3 Định tính phân biệt 2 loại Tanin Tanin có 2 loại Tanin Pyrogalic (Tanin thủy phân) và Tanin pyrocatechin (Tanin ngưng tụ) Để phân biệt và chứng minh sự có mặt của 2 loại Tanin trong vỏ cây đước, dựa vào phản ứng Stiasny (thuốc thử Stiasny: formol + HCl) 2.2 Nghiên cứu các... Cất đến khô dung dịch chiết được Cách 2: Xử lí dung dịch sau khi chiết với clorofom để loại tạp chất sau đó cho qua phễu chiết để loại tướng clorofom, dịch chiết còn lại đem cất đến khô Sau đó tiến hành đo phổ hồng ngoại của 2 mẫu Tanin rắn tách được theo 2 cách trên 2.3 Nghiên cứu tính chất ức chế ăn mòn kim loại của Tanin tách từ vỏ đước [10] 2.3.1 Thiết bị đo Chúng tôi sử dụng thiết bị đo PGS –... sú, vẹt, đước Đặc biệt một số Tanin lại được tạo thành do bệnh lý khi một vài loại sâu chích vào cây để đẻ trứng tạo nên “Ngũ bội tử” Một số loại ngũ bội tử chứa đến 50% – 70% tanin 1.2.2 Phân loại 20 Hóa học của Tanin rất phức tạp và không đồng nhất Tanin có thể chia làm 2 loại chính: Tanin thủy phân được hay còn gọi Tanin pyrogallic và Tanin ngưng tụ hay còn gọi là Tanin pyrocatechic 1.2.2.1 Tanin pyrogallic... dụng như một lớp lót vạn năng hoặc có thể tẩy sáng gỉ thép và có thể thay đổi bề mặt xù xì của thép 1.2.5 Tình hình nghiên cứu và sử dụng tanin ở Việt Nam Ở Việt Nam, hiện nay tiềm năng sử dụng tanin rất lớn nhưng việc nghiên cứu và hiệu quả sử dụng vẫn chưa cao Trong thời gian gần đây, một số nhà khoa học đã bước đầu nghiên cứu và thử tác dụng chống oxi hóa của polyphenol từ cây chè Chè xanh là một... để kim loại rơi vào vùng thụ động, nghĩa là thay đổi nghĩa là thay đổi môi trường có thể làm cho sự ăn mòn kim loại dừng lại 1.1.7 Các yếu tố ảnh hưởng tới sự ăn mòn điện hóa Oxi (trong không khí) và nước (không khí ẩm) là những tác nhân không thể thiếu gây nên sự ăn mòn kim loại Ngoài ra còn có những yếu tố khác ảnh hưởng lớn đến tốc độ ăn mòn Đó là: Các tạp chất trong kim loại như cacbon, các kim. .. mòn do giảm bề mặt diện tích anôt 2H+ + 2e =H2 M= Mn+ + ne 1- Không ức chế 2- Có ức chế 2 φ,am 2 1- Không ức chế 2- Có ức chế 2 1 , φam φ am , φ am 1 2 I,am Iam (a) I I,am Iam (b) I 18 Hình 1.9 Giản đồ ăn mòn ức chế: (a) ức chế catôt ; (b) ức chế anôt Bảng 1.5 Một số chất ức chế được dùng trong môi trường H2SO4 22% Tên chất Công thức hóa học Nồng độ (g/ml) Z% Urotrophin (CH2)6N4 1 – 1,2% 96.7 – 98 ... hưởng đến trình tách Tanin rắn 3.4 TÍNH CHẤT ỨC CHẾ ĂN MÒN KIM LOẠI CỦA TANIN TÁCH TỪ VỎ CÂY ĐƯỚC [5], [12] 3.4.1 Tính chất ức chế ăn mòn kim loại môi trường NaCl 3,5% tanin tách từ vỏ đước Tiến hành... ăn mòn điện hóa kim loại M 1.1.2.2 Dựa vào đặc trưng môi trường ăn mòn kim loại, người ta chia ăn mòn kim loại thành loại sau: * Ăn mòn khí bề mặt kim loại có nước ngưng tụ * Ăn mòn biển * Ăn mòn. .. mặt kim loại màng hấp phụ oxit màng muối 1.1.10 Bảo vệ chất ức chế 1.1.10.1 .Khái niệm chất ức chế Chất ức chế ăn mòn kim loại chất mà thêm lượng nhỏ vào môi trường tốc độ ăn mòn điện hóa kim loại