Nghiên cứu chiết tách lignin từ rơm rạ và ứng dụng làm chất ức chế chống ăn mòn kim loại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NGUYỄN THỊ TRÀ MY NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH LIGNIN TỪ RƠM RẠ VÀ ỨNG DỤNG LÀM CHẤT ỨC CHẾ CHỐNG ĂN MỊN KIM LOẠI Chun ngành: Hóa hữu Mã số : 84.40.11.14 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Đà Nẵng - Năm 2018 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Sư phạm - ĐHĐN Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ TỰ HẢI Phản biện 1: TS Võ Thắng Nguyên Phản biện 2: TS Vũ Thị Duyên Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Hóa học họp Trường Đại học Sư phạm – ĐHĐN vào ngày tháng 10 năm 2018 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng; - Thư viện trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Như biết, rơm rạ dạng phế phụ phẩm nơng nghiệp có tiềm trữ lượng lớn Nhưng có khoảng 20 % rơm rạ sử dụng để sản xuất etanol, giấy, phân bón thức ăn gia súc số lại loại bỏ khỏi thực địa, đốt chỗ trải đồng, kết hợp đất sử dụng làm mùn cưa cho vụ mùa sau Ở nước ta, ước tính năm thu gom tận dụng 50 triệu rơm rạ từ nhiều giống lúa khác nhau, khắp vùng miền nước Ăn mòn kim loại tượng phá hủy vật liệu tác dụng hóa học tác dụng điện hóa kim loại với mơi trường bên ngồi kim loại Ăn mòn kim loại vấn đề quan tâm nay, liên quan đến tất khía cạnh sống Mỗi năm nước phát triển Anh, Pháp, Mỹ trăm triệu USD để thay thiết bị máy móc bị hư hỏng ăn mòn kim loại; đó, nước ta có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm thích hợp cho q trình ăn mòn kim loại xảy Trong thực tế, có nhiều cách để giảm ăn mòn kim loại thay đổi chất hóa học bề mặt vật liệu thay đổi môi trường vật liệu để làm giảm tốc độ phản ứng bề mặt vật liệu môi trường Một cách thay đổi môi trường vật liệu bổ sung lượng nhỏ chất ức chế hóa học Tuy nhiên chất ức chế thông thường chứa hóa chất đặc biệt với độc tính khơng nhỏ, gây ô nhiễm môi trường Do đó, việc sử dụng chất ức chế ăn mòn thân thiện với mơi trường khuyến khích nghiên cứu Một chất ức chế lignin - thành phần rơm rạ, dự kiến đóng vai trò quan trọng tương lai gần nguyên liệu cho sản xuất sản phẩm sinh học hóa chất, có khả ức chế ăn mòn kim loại thép Với lí nên chọn đề tài: “ Nghiên cứu chiết tách lignin từ rơm rạ ứng dụng làm chất ức chế chống ăn mòn kim loại” MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Chiết tách hợp chất lignin từ rơm rạ xác định yếu tố ảnh hưởng đến trình chiết tách lignin từ rơm rạ - Ứng dụng hợp chất lignin vào việc nghiên cứu ức chế ăn mòn kim loại NaCl 3.5 % HCl PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 3.1 Phạm vi nghiên cứu - Chiết tách hợp chất lignin từ rơm rạ - Ứng dụng hợp chất lignin ức chế ăn mòn kim loại dung dịch NaCl 3.5% dung dịch HCl 3.2 Đối tƣợng nghiên cứu Hợp chất lignin tách từ rơm rạ, khả ức chế ăn mòn kim loại NaCl 3.5% HCl PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4.1 Nghiên cứu lý thuyết 4.1 Nghiên cứu lý thuyết - Tham khảo sách báo, tạp chí chun ngành, giáo trình liên quan đến ăn mòn kim loại đặc biệt ức chế ăn mòn kim loại - Tham khảo sách, tài liệu thực vật để đánh giá hàm lượng lignin có loại thực vật - Nghiên cứu lý thuyết chiết tách chất hữu qua giáo trình hay luận văn liên quan - Nghiên cứu luận văn liên quan đến bảo vệ kim loại môi trường 4.2 Nghiên cứu thực tiễn - Nghiên cứu tìm quy trình điều kiện chiết tách tối ưu lignin từ rơm rạ - Phương pháp phổ IR để xác định có mặt loại nhóm chức có hợp chất lignin - Phương pháp xác định dòng ăn mòn - Phương pháp chụp SEM xác định bề mặt mẫu thép CT3 - Phương pháp xử lí số liệu Ý Nghĩa Khoa Học Và Ý Nghĩa Thực Tiễn 5.1 Ý nghĩa khoa học - Xác định điều kiện tối ưu trình tách chiết hợp chất lignin từ rơm rạ - Khảo sát khả ức chế ăn mòn kim loại hợp chất lignin thu 5.2 Ý nghĩa thực tiễn Nâng cao giá trị sử dụng rơm rạ CẤU TRÚC LUẬN VĂN Chương Tổng quan lý thuyết Chương Nguyên liệu, nội dung phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Chương Kết thảo luận Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo CHƢƠNG TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 TỔNG QUAN VỀ RƠM RẠ 1.1.1 Giới thiệu chung rơm rạ 1.1.2 Thành phần tính chất rơm rạ 1.1.3 Hiện trạng sử dụng rơm rạ Việt Nam nƣớc giới 1.2 TỔNG QUAN LIGNIN 1.2.1 Khái quát tính chất nguyên liệu lignoxenlulozơ 1.2.2 Giới thiệu chung lignin 1.2.3 Cấu trúc phân tử lignin 1.2.4 Tính chất vật lí Lignin 1.2.5 Tính chất hóa chất hóa học Lignin 1.2.6 Ứng dụng lignin 1.3 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CÁC PHƢƠNG PHÁP THU NHẬN XENLULOZƠ VÀ TÁCH LOẠI LIGNIN TỪ NGUYÊN LIỆU THỰC VẬT 1.3.1 Sử dụng rƣợu 1.3.2 Sử dụng axit hữu 1.4 LÝ THUYẾT ĂN MỊN KIM LOẠI 1.4.1 Định nghĩa ăn mòn kim loại 1.4.2 Phân loại q trình ăn mòn 1.4.3 Ăn mòn thép mơi trƣờng nƣớc a Ăn mòn thép mơi trường nước b Ăn mòn điện hóa nước biển 1.4.4 Các phƣơng pháp bảo vệ kim loại a Bảo vệ tạo lớp bao phủ b Xử lý mơi trường 1.5 MỘT SỐ CƠNG TRÌNH ĐÃ NGHIÊN CỨU VỀ LIGNIN VÀ HỢP CHẤT CỦA LIGNIN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM CHƢƠNG NGUYÊN LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 2.1 NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT VÀ CÁC THIẾT BỊ 2.1.1 Nguyên liệu Rơm gạo thu từ đồng ruộng địa bàn huyện Điện Bàn, tỉnh Quảng Nam phơi khô ánh mặt trời cắt nhỏ thành miếng Sau sấy nhiệt độ 70oC giờ, mẫu xay xát thành bột kích thước khoảng 1mm bột tiếp tục làm khô 4h 700C lưu trữ máy hút ẩm Hình 2.1 Bột rơm rạ qua xử lí 2.1.2 Hóa chất - Dung dịch HCl, dung dịch NaCl 3.5% 2.1.3 Dụng cụ - Thiết bị a Dụng cụ - Bình tam giác, cốc thuỷ tinh, cốc sứ, bình định mức, ống đong, phễu lọc, pipet, nhiệt kế, bình hút ẩm,… b Thiết bị - Tủ sấy, lò nung, bếp điện, bếp cách thủy, cân phân tích, chiết chưng ninh, thiết bị đo PGS-HH10, chương trình Potentiondyamic 2.2 XÁC ĐỊNH MỘT SỐ CHỈ TIÊU HÓA LÝ 2.2.1 Xác định độ ẩm 2.2.2 Xác định độ tro 2.3 NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHIẾT TÁCH LIGNIN TỪ RƠM RẠ VÀ XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN CÁC NHÓM CHỨC CỦA LIGNIN THU ĐƢỢC 2.3.1 Ảnh hƣởng nồng độ axit HCl Cân 10 g mẫu bột rơm vào bình cầu 250 mL ,cho 100mL dung dịch HCl nồng độ khác 0.5M, 1M, 1.5M, 2M 2.5 M Tiến hành thủy phân thích hợp nhiệt độ sơi dung môi Sau thủy phân, tiến hành lọc lấy dịch chiết đem cô đến khô, cân khối lượng chất rắn thu Chọn nồng độ axit thích hợp nồng độ tương ứng với khối lượng cao lớn 2.3.2 Ảnh hƣởng thời gian chiết Cân 10 g mẫu bột rơm cho 100 mL dung dịch HCl nồng độ thích hợp tiến hành thủy phân với khoảng thời gian khác 30, 45, 60, 75, 90 120 phút nhiệt độ thích hợp Sau thủy phân, tiến hành lọc lấy dịch chiết đem cô đến khô, cân khối lượng chất rắn thu Chọn thời gian chiết thích hợp thời gian tương ứng với khối lượng cao lớn 2.3.3 Ảnh hƣởng tỉ lệ mẫu rơm: dung dịch HCl Cân khối lượng mẫu bột rơm khác 10, 15, 20, 25, 30 35 g cho 100 mL dung dịch HCl nồng độ thích hợp, tiến hành thủy phân thời gian nhiệt độ thích hợp Sau thủy phân, tiến hành lọc cô cạn dịch chiết, thu cao chiết tỉ lệ rắn – lỏng khác nhau, cân cao thu Chọn tỉ lệ rắn – lỏng thích hợp tỉ lệ rắn – lỏng tương ứng với khối lượng cao lớn 2.4 TÁCH LIGNIN RẮN Tách lignin rắn: Sau khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình chiết tách lignin, ta tiến hành chiết tách để thu lượng lignin với điều kiện tối ưu thu Lignin thu chưa tinh khiết có chứa số hợp chất khác 2.5 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨC CHẾ ĂN MÒN KIM LOẠI THÉP CỦA LIGNIN THU ĐƢỢC TỪ RƠM RẠ 2.5.1 Thiết bị đo Sử dụng thiết bị đo PGS-HH10, chương trình Potentiondyamic 2.5.2 Phƣơng pháp chuẩn bị điện cực a Chuẩn bị điện cực - Điện cực làm việc: chế tạo từ thép CT3, diện tích bề mặt làm việc 1cm2 Dây dẫn đồng hàn vào mẫu thép - Điện cực so sánh Ag, AgCl, Cl- điện cực đối điện cực platin (Pt) b Gia công bề mặt điện cực Gia cơng điện cực để có bề mặt phẳng, nhẵn đồng thời tẩy lớp gỉ, lớp dầu mỡ, hợp chất háo học bám bề mặt điện cực 2.5.3 Hóa chất sử dụng - Dung dịch NaCl 3.5 % - Dung dịch axit HCl 0.1M, 0.5M, 1M - Dung dịch lignin tách từ bột rơm rạ với nồng độ g/l, g/l, g/l, g/l, g/l 2.5.4 Phƣơng pháp nghiên cứu a Phương pháp xây dựng đường cong phân cực b Phương pháp xác định điện trở phân cực 2.6 PHƢƠNG PHÁP CHỤP SEM XÁC ĐỊNH BỀ MẶT CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH MỘT SỐ CHỈ TIÊU HÓA LÝ 3.1.1 Độ ẩm Số lượng mẫu lấy để xác định độ ẩm mẫu Độ ẩm chung độ ẩm trung bình mẫu Kết xác định độ ẩm mẫu bột rơm rạ trình bày Bảng 3.1 Bảng 3.1 Kết xác định độ ẩm bột rơm rạ STT m0 (g) m1 (g) m2 (g) U(%) 35.069 1.009 35,989 8.814 39.007 1.010 39.929 8.678 35.477 1.004 36.391 8.937 Độ ẩm trung bình UTB(%) 8.809  Nhận xét: Độ ẩm trung bình bột rơm rạ khô 8.809 %, độ ẩm tương đối an toàn Với độ ẩm này, bột rơm rạ khơ giữ chất lượng tốt bảo quản thời gian dài mà không bị ẩm mốc, ngun liệu có tính ổn định tương đối cao 3.1.2 Hàm lƣợng tro Lấy mẫu xác định độ ẩm để xác định hàm lượng tro Hàm lượng tro lấy trung bình từ mẫu Kết xác định hàm lượng tro bột rơm rạ khơ trình bày Bảng 3.2 Bảng 3.2 Kết xác định hàm lượng tro bột rơm rạ khô STT m0 (g) m1(g) m3(g) H (%) 35.069 1.009 35.195 12.507 39.007 1.010 39.134 12.662 35.477 1.004 35.603 12.587 Hàm lƣợng tro trung bình HTB(%) 12.585  Nhận xét: Vậy hàm lượng tro trung bình 12.585% Từ bảng ta thấy, bột rơm rạ khơ có chứa hàm lượng lớn chất 10 3.2.2 Kết khảo sát ảnh hƣởng thời gian đến trình tách chiết lignin Để khảo sát phụ thuộc khả tách chiết lignin từ rơm rạ tối ưu thời gian thủy phân, thí nghiệm tiến hành với thông số sau: - Khối lượng rơm rạ: 10 gam - Nhiệt độ nấu: 86oC - Thể tích dung dịch HCl: 100 mL - Nồng độ axit HCl tối ưu: 2M - Thời gian thủy phân: 30, 45, 60,75, 90 120 phút Kết thu thời gian chiết trình bày Bảng 3.4 Bảng 3.4 Ảnh hưởng thời gian thủy phân đến tách chiết lignin từ rơm rạ STT Thời gian chiết (phút) Khối lƣợng rắn (g) 01 30 0.191 02 45 0.232 03 60 0.264 04 75 0.327 05 90 0.368 06 120 0.335 Nhận xét: Từ kết trình bày Bảng 3.4 ta thấy thủy phân lâu lượng lignin tách tương ứng tăng theo thời gian thủy phân 90 phút cho phép tách lượng lignin nhiều nhất; nên tăng thời gian chiết không tách thêm Vậy hiệu suất tách lignin từ bột rơm rạ cao thời gian 90 phút 3.2.3 Kết khảo sát ảnh hƣởng tỉ lệ rơm- dung dịch axit HCl đến trình tách chiết lignin Để khảo sát phụ thuộc khả tách chiết lignin từ rơm rạ tối ưu thời gian thủy phân, thí nghiệm tiến hành với thông số sau: 11 - Nhiệt độ nấu: 86oC - Thể tích dung dịch HCl: 100 mL - Nồng độ axit HCl tối ưu: 2M - Thời gian thủy phân tối ưu: 90 phút - Khối lượng rơm: 10g, 15g, 20g, 25g, 30g, 35g Kết thu thời gian chiết trình bày Bảng 3.5 Bảng 3.5 Ảnh hưởng tỉ lệ rơm - dung dịch HCl đến tách chiết lignin từ rơm rạ STT Khối lƣợng bột rơm rạ (g) Khối lƣợng rắn (g) 01 10 0.340 02 15 0.503 03 20 0.663 04 25 0.719 05 30 0.975 06 35 0.970 Từ Bảng 3.5 ta có đồ thị: Đồ thị 3.3 Ảnh hưởng tỉ lệ rơm- dung dịch HCl đến trình chiết tách lignin Nhận xét: Kết thực nghiệm trình bày Bảng 3.5 cho thấy khối lượng bột rơm tăng lên lượng lignin tách nhiều, đến đạt tỉ lệ 30 g mẫu: 100 mL dung dịch axit HCl nhận thấy khối lượng lignin thu cao Nếu có tiếp tục tăng khối lượng bột rơm khối lượng lignin thu không tăng thêm Điều giải thích sau: tỉ lệ dịch (tỉ lệ rắn, lỏng) thích hợp, 12 cho q trình tách loại diễn bình thường, nguyên liệu xử lý phải ngập toàn dung dịch Vậy hiệu suất tách lignin từ bột rơm rạ cao với tỉ lệ 30 g bột rơm rạ : 100 mL dung dịch HCl Tóm lại: Điều kiện tối ưu cho trình chiết tách lignin từ bột rơm rạ là: 30 g mẫu bột rơm thủy phân 100 mL dung dịch HCl nồng độ 2M 86oC thời gian 90 phút Với điều kiện lượng lignin tách 0.975 g/ 30 gam mẫu 3.2.4 Tách lignin rắn Với trình chiết tách lignin theo quy trình, chúng tơi thu sản phẩm lignin dạng bột có lẫn hemixenlulozo nên lignin thu có màu đen Hình 3.1 Bột lignin thu + Đã xác định thời gian chiết thích hợp nồng độ dung mơi thích hợp để thu khối lượng cao lignin lớn nhất:  Thời gian chiết: 90 phút  Nồng độ axit HCl: 2M  Tỉ lệ rơm: axit HCl: 30g rơm : 100 mL HCl 3.2.5 Đánh giá sản phẩm Lignin Tiến hành tách Lignin rắn từ dung môi HCl, kết chụp phổ hồng ngoại (IR) cho thấy peak dao động đặc trưng Lignin mẫu: - 3385,19 cm-1 đặc trưng cho nhóm – OH - 1600 cm-1 đặc trưng cho liên kết C–C vòng benzen - 1200 cm-1 – 1320 cm-1 đặc trưng cho liên kết C–O–C - 600 cm-1 – 800 cm-1 đặc trưng cho nhóm –CH2– mạch cacbon 13 Bảng 3.6 Tần số loại dao động phổ hồng ngoại lignin Tần số, Loại dao động Tần số, Loại dao cm-1 cm-1 động 3385 - OH 1039 1620 C–C vòng benzen 780 nhóm –CH2– 1316 C–O–C 518 Hình 3.2 Phổ hồng ngoại lignin tách từ rơm rạ dung môi HCl 2M 3.3 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨC CHẾ ĂN MÒN KIM LOẠI CỦA LIGNIN CHIẾT TÁCH TỪ RƠM RẠ 3.3.1 Khả ức chế ăn mòn thép CT3 lignin trong NaCl 3.5 % a Ảnh hưởng nồng độ lignin đến khả ức chế ăn mòn kim loại Tiến hành ngâm thép CT3 dung dịch NaCl 3.5% 10 phút tiến hành đo đường cong phân cực Kết đo đường cong phân cực thép CT3 nồng độ lignin trình bày Bảng 3.7, thể Hình 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7 Điện cực thép CT3 ngâm dung dịch lignin chiết tách từ rơm rạ với nồng độ khác thời gian 20 phút ngâm dung dịch NaCl 3.5% 10 phút sau tiến hành đo đường cong phân cực 14 Hình 3.3 Đường cong phân cực thép CT3 dung dịch NaCl 3.5% với nồng độ dung dịch lignin g/l chiết từ rơm rạ thời gian 20 phút Hình 3.4 Đường cong phân cực thép CT3 dung dịch NaCl 3.5% với nồng độ dung dịch lignin g/l chiết từ rơm rạ thời gian 20 phút Hình 3.5 Đường cong phân cực thép CT3 dung dịch NaCl 3.5% với nồng độ dung dịch lignin g/l chiết từ rơm rạ thời gian 20 phút Hình 3.6 Đường cong phân cực thép CT3 dung dịch NaCl 3.5% với nồng độ dung dịch lignin g/l chiết từ rơm rạ thời gian 20 phút 15 Hình 3.7 Đường cong phân cực thép CT3 dung dịch NaCl 3.5% với nồng độ dung dịch lignin g/l chiết từ rơm rạ thời gian 20 phút Hình 3.8 Đường cong phân cực thép CT3 dung dịch NaCl 3.5% với nồng độ dung dịch lignin g/l chiết từ rơm rạ thời gian 20 phút Bảng 3.7 Giá trị điện trở phân cực (Rp), dòng ăn mòn(icorr) hiệu ức chế Z (%) theo nồng độ lignin khác Nồng độ lignin (g/l) R (Ohm) icorr (mA/cm2) Z(%) 674.6882 9.6674E-0003mA 878.6044 7.4237E-0003mA 23.2% 921.6146 7.0773E-0003mA 26.79% 965.8465 6.7531E-0003mA 30.14% 1131.8096 5,7629E-0003mA 40.50% 901.5212 7.2350E-0003mA 25.16% Vậy nồng độ lignin tối ưu để ức chế ăn mòn thép 4g/l Từ Bảng 3.7 cho thấy ngâm thép dung dịch lignin nồng độ 4g/l hiệu ức chế ăn mòn cao đạt 40.5% Khả 16 ức chế ăn mòn kim loại lignin lignin hấp phụ lên bề mặt kim loại electron chưa tham gia liên kết nhóm -OH liên kết với obitan d trống sắt tạo thành lớp màng, tạo phức lignin bề mặt ngăn cách kim loại với môi trường nên ức chế q trình ăn mòn kim loại Khi tăng nồng độ lignin làm thay đổi chất bề mặt làm giảm khả ức chế b Ảnh hưởng thời gian ngâm thép dung dịch lignin đến khả ức chế ăn mòn thép CT3 Điện cực thép CT3 ngâm dung dịch lignin g/l với thời gian ph, 10ph, 20ph, 30ph, 40ph, 50 ph Sau tiến hành đo đường cong phân cực thép CT3 dung dịch NaCl 3.5% Kết đường cong phân cực thể Hình 3.9, 3.10, 3.11, 3.12, 3.13 Bảng 3.8 Hình 3.9 Đường cong phân cực thép CT3 dung dịch NaCl 3.5% với nồng độ lignin g/l tách từ rơm rạ thời gian 10 phút Hình 3.10 Đường cong phân cực thép CT3 dung dịch NaCl 3.5% với nồng độ lignin g/l tách từ rơm rạ thời gian 20 phút 17 Hình 3.11 Đường cong phân cực thép CT3 dung dịch NaCl 3.5% với nồng độ lignin g/l tách từ rơm rạ thời gian 30 phút Hình 3.12 Đường cong phân cực thép CT3 dung dịch NaCl 3.5% với nồng độ lignin g/l tách từ rơm rạ thời gian 40 phút Hình 3.13 Đường cong phân cực thép CT3 dung dịch NaCl 3.5% với nồng độ lignin g/l tách từ rơm rạ thời gian 50 phút Bảng 3.8 Giá trị dòng ăn mòn (icorr) hiệu ức chế Z (%) theo thời gian ngâm thép dung dịch lignin g/l mơi trường ăn mòn NaCl 3.5% Thời gian (phút) 10 20 30 40 50 R (Ohm) 674.6882 864.7943 1148.4362 1262.0840 1336.8716 1013.8312 icorr (mA/cm2) 9.6674E-0003 7.5423E-0003 5.6795E-0003 5.1680E-0003 4.8789E-0003 6.4335E-0003 Z(%) 21.98 41.25 46.54 49.53 33.45 18 Từ Bảng 3.8 cho thấy thời gian tối ưu ngâm thép trong dung dịch lignin g/l 40 phút Khi kéo dài thời gian ngâm lignin làm biến tính bề mặt nên giảm khả ức chế 3.3.2 Nghiên cứu khả ức chế ăn mòn thép CT3 lignin trong HCl Ngâm thép vào dung dịch lignin g/l thời gian 40 phút Sau ngâm điện cực HCl với nồng độ 0.1M, 0.5M 1M đo đường cong phân cực Giá trị điện trở phân cực, tốc độ dòng ăn mòn hiệu bảo vệ trình bày Bảng 3.9 đường cong phân cực thể Hình từ 3.14 đến 3.19 Kết đường cong phân cực ứng với nồng độ HCl 0.1M thể Hình 3.14 3.15 Hình 3.14 Đường cong phân cực thép CT3 dung dịch HCl 0.1M khơng có mặt lignin tách từ rơm rạ Hình 3.15 Đường cong phân cực thép CT3 dung dịch HCl 0.1M thời gian 40ph với nồng độ lignin nồng độ g/l tách từ rơm rạ Kết đường cong phân cực ứng với nồng độ HCl 0,5M thể Hình 3.16 3.17 19 Hình 3.16 Đường cong phân cực thép CT3 dung dịch HCl 0.5M khơng có mặt lignin tách từ rơm rạ Hình 3.17 Đường cong phân cực thép CT3 dung dịch HCl 0.5M thời gian 40ph với nồng độ lignin g/l tách từ rơm rạ Kết đường cong phân cực ứng với nồng độ HCl 1M thể Hình 3.18 3.19 Hình 3.18 Đường cong phân cực thép CT3 dung dịch HCl 1M khơng có mặt lignin Hình 3.19 Đường cong phân cực thép CT3 dung dịch HCl 1M thời gian 40 với nồng độ lignin g/l tách từ rơm rạ 20 Bảng 3.9 Giá trị điện trở phân cực (Rp), dòng ăn mòn(icorr) hiệu ức chế Z (%) theo nồng độ HCl với nồng độ dung dịch lignin chiết tách từ bột rơm rạ Ngâm dung dịch Không ngâm lignin tách từ bột rơm Z(%) Nồng độ dung dịch lignin rạ axit HCl đậu nành (M) Icorr Icorr R(Ohm) R(Ohm) (mA/cm2) (mA/cm2) 0.1 85.0471 7.6693E-0002 157.0931 4.1520E-0002 45.86 0.5 33.0166 1.9755E-0001 141.1691 4.6203E-0002 76.61 1.0 49.3626 1.3213E-0001 83.7746 7.7858E-0002 41.07 Từ đường cong phân cực Bảng 3.9 ta thấy lignin chiết tách từ rơm rạ có khả ức chế ăn mòn thép CT3 mơi trường axit tương đối tốt đặc biệt axit HCl 0.5M với hiệu đạt 76.61% 3.3.3 Nghiên cứu trình tạo màng ngâm thép dung dịch lignin đƣợc chiết tách từ rơm rạ Tiến hành chụp SEM bề mặt điện cực bề mặt thép CT3 ngâm dung dịch lignin g/l chiết tách từ rơm rạ 40 phút so sánh với điện cực thép CT3 không ngâm lignin Hình 3.20 Hình ảnh SEM bề mặt bị ăn mòn thép ngâm NaCl 3.5% khơng có mặt lignin tách chiết từ rơm rạ 24 21 Hình 3.21 Hình ảnh SEM bề mặt bị ăn mòn thép ngâm NaCl 3.5% có mặt lignin tách chiết từ rơm rạ 24 Từ kết ta thấy điện cực thép ngâm trong lignin có tạo lớp màng bề mặt thép, điều chứng tỏ lignin có khả ức chế ăn mòn kim loại khơng khí * Cơ chế ức chế ăn mòn: Tác dụng ức chế chiết xuất lignin diện số nhóm chức dịch chiết tìm thấy kết đo quang phổ hồng ngoại IR ( Hình 3.2.) Cấu trúc chiết xuất lignin trình bày chứa nhiều nhóm chức – OH góp phần ức chế; đồng thời chứa nguyên tử oxi vòng thơm trung tâm hấp phụ Cơ chế ức chế ăn mòn thép nhẹ dung dịch axit nhóm chức dịch chiết giải thích sở hấp phụ bề mặt kim loại Điều cho thấy hiệu ức chế chiết xuất diện số tất thành phần hóa học lignin thu Sự hấp phụ phân tử ức chế bề mặt thép nhẹ tương tác nguyên tử cho (các electron π 22 nguyên tử cho O vòng thơm chất ức chế) chất nhận, nghĩa obital d rỗng nguyên tử bề mặt sắt [29] Các phân tử ức chế hấp thụ bề mặt kim loại dạng hạt tích điện âm tương tác tĩnh điện với bề mặt kim loại tích điện dương, làm tăng độ phủ bề mặt bảo vệ hiệu trường hợp nồng độ chất ức chế thấp 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Qua thời gian nghiên cứu chiết tách lignin từ bột rơm rạ ứng dụng làm chất ức chế ăn mòn kim loại chúng tơi rút số kết luận sau: - Điều kiện tối ưu cho việc chiết tách lignin từ rơm rạ là: tỷ lệ mẫu : dung dịch HCl = 30g : 100 mL, với nồng độ dung dịch HCl 2M nhiệt độ thủy phân 86oC thời gian tối ưu 90 phút Với điều kiện lượng lignin từ rơm rạ lớn - Kết phân tích phổ hồng ngoại lignin tách từ bột rơm rạ cho thấy xuất peak đặc trưng nhóm chức hyđroxyl – OH, nhóm ete C – O – C , vòng benzen - Lignin chiết tách từ bột rơm rạ có khả ức chế ăn mòn kim loại nhiên hiệu bảo vệ chưa cao nhứ số chất ức chế ăn mòn từ sản phẩm thiên nhiên khác Với thời gian ngâm thép 40 phút dung dịch lignin g/l hiệu ức chế ăn mòn dung dịch NaCl 3.5% 49.53%; dung dịch HCl 0.5M 76.61% - Lignin có khả tạo lớp màng bề mặt thép chứng tỏ lignin có khả chống ăn mòn kim loại mơi trường khơng khí Như khả ức chế ăn mòn chiết tách lignin từ bột rơm rạ cho hiệu bảo vệ tương đối cao đặc biệt môi trường axit Qua nâng cao giá trị sử dụng rơm rạ thực tiễn Kiến nghị: Do thời gian phạm vi đề tài nghiên cứu có hạn, thông qua kết đề tài, mong muốn đề tài phát triển rộng số vần đề như: 24 - Tiếp tục nghiên cứu chiết tách lignin từ nguồn thực vật khác để tìm lượng ligin tối ưu - Nghiên cứu khả ức chế ăn mòn lignin mơi trường khác như: kiềm, khơng khí ẩm, nước cứng… ... hóa chất, có khả ức chế ăn mòn kim loại thép 2 Với lí nên chọn đề tài: “ Nghiên cứu chiết tách lignin từ rơm rạ ứng dụng làm chất ức chế chống ăn mòn kim loại MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Chiết tách. .. tách hợp chất lignin từ rơm rạ xác định yếu tố ảnh hưởng đến trình chiết tách lignin từ rơm rạ - Ứng dụng hợp chất lignin vào việc nghiên cứu ức chế ăn mòn kim loại NaCl 3.5 % HCl PHẠM VI VÀ ĐỐI... tách từ rơm rạ dung môi HCl 2M 3.3 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨC CHẾ ĂN MÒN KIM LOẠI CỦA LIGNIN CHIẾT TÁCH TỪ RƠM RẠ 3.3.1 Khả ức chế ăn mòn thép CT3 lignin trong NaCl 3.5 % a Ảnh hưởng nồng độ lignin