Phân Tích, Đánh Giá Khả Năng Ức Chế Ăn Mòn Thép CT3 Trong Môi Trường Axit Của Hỗn Hợp Br- Hoặc I-

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC BÙI ĐỨC DÂN PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ ĂN MỊN THÉP CT3 TRONG MƠI TRƯỜNG AXIT CỦA HỖN HỢP Br- HOẶC I- VỚI CAFFEINE BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HIỆN ĐẠI LUẬN VĂN THẠC SĨ HĨA HỌC Thái Nguyên - 2018 i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC BÙI ĐỨC DÂN PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ ĂN MÒN THÉP CT3 TRONG MÔI TRƯỜNG AXIT CỦA HỖN HỢP Br- HOẶC I- VỚI CAFFEINE BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HIỆN ĐẠI Chuyên ngành : Hóa phân tích Mã số : 44 01 18 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Trương Thị Thảo Thái Nguyên - 2018 ii LỜI CẢM ƠN Để hồn thành khố luận Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giảng viên TS.Trương Thị Thảo giao đề tài, hết lòng hướng dẫn, bảo, truyền đạt kiến thức kinh nghiệm q báu cho tơi suốt q trình hồn thành khóa luận Tơi xin chân thành cảm ơn thầy, giáo tổ mơn hóa Phân tích, thầy giáo, giáo hướng dẫn phòng thí nghiệm thuộc khoa Hóa học trường ĐH Khoa Học- Đại Học Thái Nguyên tạo điều kiện giúp đỡ tơi q trình hồn thành khóa luận tốt nghiệp Cuối xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến bố mẹ, anh chị em bạn bè quan tâm, động viên tơi hồn thành khóa luận tốt nghiệp Thái Nguyên, tháng năm 2018 Học viên Bùi Đức Dân iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC HÌNH vii DANH MỤC BẢNG BIỂU ix MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .3 1.1 ĂN MÒN KIM LOẠI 1.1.1 Định nghĩa 1.1.2 Phân loại 1.1.3 Đặc điểm ăn mòn thép 1.1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI 1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĂN MÒN KIM LOẠI 11 1.2.1 Phương pháp phân tích 11 1.2.2 Phương pháp điện hóa 19 1.2.3 Phương pháp quan sát vi mô SEM 29 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 30 2.1 TRANG THIẾT BỊ, HÓA CHẤT, DỤNG CỤ 30 2.1.1.Trang thiết bị 30 2.1.2 Dụng cụ 30 2.1.3 Hoá chất .30 2.2 THỰC NGHIỆM 31 2.2.1 Chuẩn bị dung dịch nghiên cứu 31 2.2.2 Thực nghiệm theo phương pháp phân tích 32 2.2.3 Thực nghiệm theo phương pháp điện hóa 37 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39 3.1 MỘT SỐ YẾU TỐ TRONG THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG KIM LOẠI SẮT BẰNG PHƯƠNG PHÁP F–AAS 39 3.2 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨC CHẾ ĂN MÒN THÉP CT3 TRONG DUNG DỊCH HCl 1M THEO PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 40 iv 3.2.1 Khả ức chế ăn mòn kalibromua 40 3.2.2 Khả ức chế ăn mòn hỗn hợp caffeine Kalibromua 41 3.2.3 Khả ức chế ăn mòn Kali iođua hỗn hợp cafeine- KI .44 3.3 THẢO LUẬN VÀ CƠ CHẾ ĂN MÒN ỨC CHẾ ĂN MÒN 46 3.3.1 Đánh giá khả hấp phụ Br- I- lên bề mặt thép 46 3.3.2 Nghiên cứu hoạt động điện hóa hệ ăn mòn 48 KẾT LUẬN .51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT HCL Đèn catot rỗng EDL Đèn phóng khơng điện cực SEM Kính hiển vi điện tử quét SE Điện tử thứ cấp BSE Điện tử tán xạ ngược vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Đường phân cực hệ sắt bị ăn mòn mơi trường axit lỗng khơng chứa oxi Hình 1.2: Sơ đồ bảo vệ catot dòng ngồi Hình 1.3 Sơ đồ bảo vệ ăn mòn anot hy sinh 10 Hình 1.4 Sơ đồ đo Eam theo thời gian 30 Hình 1.5 Sự biến đổi Eam theo thời gian 20 Hình 1.6 Sơ đồ thiết bị đo đường phân cực (Galvanostatic) 22 Hình 1.7 Đường phân cực i - f(E) 22 Hình 1.8 Đường cong phân cực kim loại Me môi trường axit 23 Hình 1.9 Sơ đồ đo đường phân cực theo phương pháp tĩnh 24 Hình 1.10: Đường cong phân cực  E - f(i) 25 Hình 1.11: Biểu diễn hình học phần tử phức 27 Hình 1.12: Tổng trở mặt phẳng phức 28 Hình 2.1: Cấu tạo điện cực làm việc 37 Hình 3.1 Đường chuẩn xác định nồng độ sắt theo phương pháp AAS 39 Hình 3.2: Ảnh hưởng bromua tới hiệu bảo vệ thép CT3 dung dịch HCl 1N 41 Hình 3.3: Hiệu bảo vệ thép CT3 mơi trường HCl 1N có mặt hỗn hợp caffeine 5,00 g/l – bromua 42 Hình 3.4: Ảnh SEM mẫu thép CT3 dung dịch HCl 1M có chất ức chế khác sau ngâm nhiệt độ phòng 43 Hình 3.5: Ảnh SEM bề mặt số mẫu thép ngâm 60 phút dung dịchăn mòn có hỗn hợp ức chế caffeine I- 250C 45 Hình 3.6 Dạng tuyến tính thuyết hấp phụ Lnagmuir I- Br- lên bề mặt thép CT3 dung dịch HCl 1M 47 Hình 3.7 Dạng tuyến tính thuyết hấp phụ Lnagmuir hỗn hợp I- Brvới caffeine lên bề mặt thép CT3 dung dịch HCl 1M 48 vii Hình 3.8: Đường cong phân cực (a) giản đồ Nyquist (b)của thép CT3 dung dịch HCl 1M không có mặt hỗn hợp caffeine 5,0 g/l Br- nồng độ khác 49 Hình 3.9: Đường cong phân cực (a) giản đồ Nyquist (b) thép CT3 dung dịch HCl 1M khơng có mặt hỗn hợp I- 1,0 g/l caffeine nồng độ khác 49 Hình 3.10: Đường cong phân cực (a) giản đồ Nyquist (b)của thép CT3 dung dịch HCl 1M khơng có mặt hỗn hợp I- 5,0 g/l caffeine nồng độ khác 49 viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các thông số kĩ thuật anot hy sinh 11 Bảng 2.1: Pha chế dung dịch ức chế độc lập 31 Bảng 2.2: Pha chế 100ml dung dịch ức chế hỗn hợp 32 Bảng 2.3: Các thông số phép đo xác định hàm lượng sắt dung dịch phép đo AAS 33 Bảng 2.4: Thành phần % khối lượng nguyên tố thép CT3 35 Bảng 3.1: Độ hấp thụ dung dịch sắt chuẩn nồng độ khác 39 Bảng 3.2: Hiệu ức chế ăn mòn thép CT3 dung dịch HCl 1M Brở nồng độ khác 40 Bảng 3.3: Hiệu ức chế ăn mòn thép CT3 dung dịch HCl 1M hỗn hợp caffeine - bromua 42 Bảng 3.4 Hiệu ức chế ăn mòn thép CT3 dung dịch HCl 1N dung dịch KI hỗn hợp cafeine - KI 44 ix MỞ ĐẦU Trong tiến trình phát triển Khoa học công nghệ, bên cạnh đời vật liệu mới, phủ nhận vai trò vơ quan trọng kim loại hầu hết lĩnh vực sống Nhưng từ bắt đầu sử dụng kim loại người phải đối mặt với vấn đề: kim loại sau thời gian làm việc bị han gỉ, mòn vẹt, tính sử dụng bị suy giảm Theo[5] tổng kết: Khối lượng kim loại bị ăn mòn, biến chất chiếm gần 1/3 tổng sản lượng kim loại sản xuất dùng hàng năm giới Trong số khoảng 2/3 số kim loại tái sử dụng Ngoài thiệt hại trực tiếp vật chất, ăn mòn kim loại gây thiệt hại gián tiếp khác như: Thiếu an toàn lao động, giảm độ bền máy móc, chất lượng sản phẩm, gây nhiễm mơi trường, chưa kể đến chi phí sửa chữa máy móc, trang thiết bị kim loại Việt Nam nước có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, việc nghiên cứu ăn mòn bảo vệ kim loại cần thiết Có nhiều biện pháp khác để hạn chế đến mức thấp thiệt hại ăn mòn kim loại gây Một biện pháp sử dụng chất ức chế để bảo vệ kim loại bị ăn mòn Đây phương pháp đơn giản hiệu cao, tăng tuổi thọ cơng trình vật liệu lên từ đến lần Trong năm trở lại việc nghiên cứu áp dụng chất ức chế ăn mòn nhiều nhà khoa học, trung tâm nghiên cứu nước quan tâm thực phạm vi rộng, hướng tới sử dụng ức chế xanh an tồn thân thiện với mơi trường Đặc biệt khả kết hợp chất vô chất hữu để làm tăng hiệu ức chế ăn mòn thép Nối tiếp kết nghiên cứu đánh giá khả ức chế ăn mòn caffeine tự nhiên tách từ chè xanh nhóm nghiên cứu, luận văn này, chúng tơi chọn đề tài: " PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨC 3.2 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨC CHẾ ĂN MÒN THÉP CT3 TRONG DUNG DỊCH HCl 1M THEO PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 3.2.1 Khả ức chế ăn mòn kalibromua Để đánh giá khả ức chế ăn mòn bromua cho thép CT3 mơi trường axit HCl 1M, thí nghiệm tiến hành với dung dịch HCl 1M khơng có bromua với nồng độ từ 0,01 g/l đến 5,00 g/l Tốc độ ăn mòn xác định thông qua việc xác định nồng độ hòa tan sắt dung dịch nghiên cứu phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử lửa F AAS Kết thu bảng 3.2 Từ tính hiệu suất ức chế ăn mòn theo cơng thức 2.6 Bảng 3.2: Hiệu ức chế ăn mòn thép CT3 dung dịch HCl 1M Br- nồng độ khác Br- Nồng độ Br dung dịch - Hiệu bảo vệ HCl 1M (g/l) Nồng độ Fe (ppm) 0,00 22,404 0,01 21,912 2,19 0,05 21,296 4,95 0,10 19,199 14,30 0,50 18,497 17,44 1,00 17,497 21,90 2,50 17,464 22,05 5,00 15,154 32,36 40 (%) Hiệu quả bảo vệ (%) 35 30 25 20 15 10 0 Nồng độ dung dịch (g/l) Hình 3.2: Ảnh hưởng bromua tới hiệu bảo vệ thép CT3 dung dịch HCl 1M Nhìn vào hình 3.2 ta thấy hiệu ức chế ăn mòn thép CT3 mơi trường HCl 1M có bromua có khả ức chế ăn mòn thấp, nồng độ bromua (dưới 0,10 g/l), hiệu bảo vệ nhỏ, gần không đáng kể Ở nồng độ bromua cao 0,10 g/l hiệu bảo vệ có tăng thấp đạt 32,36 % (chưa đến 50%) nồng độ Br- 5,00 g/l Với kết này, sử dụng bromua làm chất ức chế ăn mòn cho thép CT3 mơi trường axit HCl 1M 3.2.2 Khả ức chế ăn mòn hỗn hợp caffeine Kalibromua Trên sở số kết nghiên cứu cho thấy caffeine chất ức chế ăn mòn thép CT3 dung dịch HCl 1M tốt, với hiệu bảo vệ khoảng 70 % Tuy nhiên, hiệu suất chưa thật tối ưu Và kết nghiêm cứu mục 3.2.1 cho thấy bromua độc lập khơng có khả bảo vệ ăn mòn thép CT3 mơi trường HCl 1M Với mong muốn nâng cao hiệu bảo vệ thép, kết hợp caffeine với bromua nồng độ khác dung dịch HCl 1M để nghiên cứu xem caffeine kết hợp với nồng độ bromua cho hiệu bảo vệ ăn mòn thép tối ưu Để đánh giá khả ức chế ăn mòn kết hợp caffeine với bromua nồng độ khác cho thép CT3 môi trường axit HCl 1M, mẫu thép CT3 ngâm 20 phút dung dịch HCl 1M có mặt caffeine 5,00 g/l kết 41 hợp với bromua nồng độ khác từ 0,01 g/l đến 5,00 g/l khơng có mặt chất ức chế Mẫu thép làm sạch, khô, ngâm vào dung dịch nghiên cứu 20 phút lấy phần dung dịch đo AAS xác định nồng độ sắt Kết thể bảng 3.3 Từ tính hiệu bảo vệ ăn mòn theo cơng thức 2.6 Bảng 3.3: Hiệu ức chế ăn mòn thép CT3 dung dịch HCl 1M hỗn hợp caffeine - bromua Nồng độ chất ức chế dung dịch HCl 1M Nồng độ Fe (ppm) Caffeine 0,00 g/l + Br- 0,00 g/l 22,404 Caffeine 1,00 g/l Caffeine 5,00 g/l 9,609 6,609 9,817 8,021 6,873 4,708 3,721 Br- 0,10 g/l Br- 0,50 g/l Caffeine 5,00 Br- 1,00 g/l g/l Br- 2,50 g/l Br- 5,00 g/l Hiệu bảo vệ (%) 57,11 70,51 56,18 64,20 69,32 78,99 83,39 90 85 hiệu suất bảo vệ (%) 80 75 70 65 60 55 50 Nồng độ Br- hỗn hợp với cafeine 5,0 g/l (g/l) Hình 3.3: Hiệu bảo vệ thép CT3 môi trường HCl 1N có mặt hỗn hợp caffeine 5,00 g/l – bromua Từ hình 3.3 ta nhận thấy thêm Br- nồng độ khác vào dung dịch HCl 1M + Caffeine 5,00 g/l chúng có khả hạn chế ăn 42 mòn Khả ức chế ăn mòn hỗn hợp tăng tăng nồng độ Br- Nhìn vào bảng 3.3 cho thấy: Khi kết hợp caffeine 5,00 g/l với bromua nồng độ khác nhau: Hỗn hợp có nồng độ bromua 0,10 g/l hiệu bảo vệ đạt 56,18%, nồng độ bromua từ 0,50 g/l - 1,00 g/l hiệu bảo vệ tăng so với bromua độc lập, không tăng so với sử dụng độc lập caffeine môi trường nghiên cứu Khi tăng nồng độ Br- từ 2,50 g/l - 5,00 g/l hiệu bảo vệ ức chế ăn mòn hỗn hợp tăng đáng kể hiệu ức chế ăn mòn đạt khoảng 83% Ở nồng độ Br- lớn 2,50 g/l hiệu bảo vệ hỗn hợp đạt tới khoảng 83% so với khoảng 70% caffeine hay khoảng 30% Br- Đây tăng đáng kể hiệu đạt tốt Từ kết nghiên cứu thấy kết hợp caffeine 5,00 g/l với bromua nồng độ khác có hiệu bảo vệ cao, đặc biệt vùng nồng độ bromua 2,50 g/l - 5,00 g/l Để kiểm tra kết nghiên cứu khả ức chế ăn mòn thép CT3 môi trường HCl 1M phương pháp phân tích, chúng tơi tiếp tục kết hợp với phương pháp chụp ảnh vi mô SEM nghiên cứu Mẫu Thép CT3 ngâm dung dịch thử nghiệm (HCl 1M khơng có có chất ức chế khác nhau) rửa nhẹ nước, làm khô đem chụp ảnh với tốc độ phóng đại 500 lần thể ảnh 3.4 (a) Nền HCl 1M (b) Nền + Caffeine 5g/l + Br- 5g/l Hình 3.4: Ảnh SEM mẫu thép CT3 dung dịch HCl 1M có chất ức chế khác sau ngâm nhiệt độ phòng 43 Nhìn vào hình (3.4 a) ta cho ta thấy khơng có caffeine bromua mơi trường axit HCl 1M bề mặt mẫu thép CT3 bị ăn mòn mạnh trung tâm ăn mòn bị phá vỡ nứt rộng, lớp sản phẩm ăn mòn dày, mẫu bị ăn mòn nhiều Khi kết hợp chất ức chế caffeine 5,0 g/l với bromua KBr 5,00 g/l (hình 3.4 b) thấy bề mặt mẫu thép CT3 mật độ kích thước điểm ăn mòn nhỏ thưa Kết nghiên cứu phương pháp chụp ảnh bề mặt vi mô (SEM) cho thấy kết hợp caffeine với bromua có khả ức chế ăn mòn thép CT3 mơi trường axit 3.2.3 Khả ức chế ăn mòn Kali iođua hỗn hợp cafeine- KI Khác Br-, I- biết đến chất có khả ức chế ăn mòn tốt Trong nghiên cứu này, đánh giá sơ khả ức chế KI nồng độ : 0,5 g/l; 1,0 g/l; 2,5 g/l 5,0 g/l kết hợp bốn nồng độ với dung dịch I- có nồng độ khác từ 0,1 g/l đến 5,0 g/l Kết thu bảng 3.4 Bảng 3.4 Hiệu ức chế ăn mòn thép CT3 dung dịch HCl 1M dung dịch KI hỗn hợp cafeine - KI Chất ức chế 0,00 IC 0,10g/l C 0,50g/l C 1,00g/l C 2,50g/l C 5,00g/l I- 0,5 g/l + C CFe H (ppm) (%) 22,404 12,896 42,44 10,232 54,33 9,024 59,72 7,467 66,67 5,928 73,54 5,141 77,05 I- 1,0 g/l + C CFe H (ppm) (%) 22,404 10,787 51,85 9,286 58,55 7,555 66,28 5,782 74,19 3,840 82,86 2,615 88,33 I- 2,5 g/l + C CFe H (%) (ppm) 22,404 9,085 59,45 7,398 66,98 5,928 73,54 4,604 79,45 3,143 85,97 1,895 91,54 I- 5,0 g/l + C CFe H (%) (ppm) 22,404 7,165 68,02 6,609 70,50 4,490 79,96 5,150 85,94 2,047 90,86 1,328 94,07 Từ bảng 3.4 ta thấy: - Ở nồng độ I- 0,5 g/l, hiệu ức chế đạt khoảng 42%; nồng độ I- tăng dần hiệu ức chế tăng dần, nồng độ I- 5,0 g/l hiệu ức chế cao, đạt khoảng 68% 44 - Khi sử dụng kết hợp I- với caffeine, hiệu bảo vệ tăng lên so với sử dụng độc lập I- hay caffeine Nồng độ ion I- hỗn hợp tăng từ 0,50 g/l đến 2,50 g/l hiệu bảo vệ hỗn hợp nồng độ caffeine tăng dần Điều chứng tỏ I- caffeine có cộng hưởng lẫn làm khả ức chế ăn mòn hỗn hợp tăng so với dùng caffeine hay Ilàm chất ức chế Hỗn hợp có tác dụng bảo vệ tốt chọn hỗn hợp I5,00 g/l + caffeine 5,00 g/l, hiệu đạt tới khoảng 94% Để đánh giá đặc điểm bề mặt thép trình ăn mòn, chúng tơi tiến hành tương tự với dung dịch KBr, kết thể hình 3.5 a) HCl 1M b) HCl 1M + C 5,00 g/l (UC1) c) UC1 + I- 1,00 g/l d) UC1 + I- 2,50 g/l e) UC1 + I- 5,00 g/l Hình 3.5: Ảnh SEM bề mặt số mẫu thép ngâm 60 phút dung dịch ăn mòn có hỗn hợp ức chế caffeine I- 250C 45 Hình 3.5a cho thấy hình ảnh bề mặt thép CT3 bị ăn mòn mơi trường HCl 1N khơng có mặt chất ức chế Trên bề mặt thép, mật độ điểm ăn mòn dày đặc, lớp sản phẩm ăn mòn sùi lên che phủ kín dày xốp Hình 3.5b, bề mặt mẫu thép ngâm dung dịch HCl 1M có mặt caffeine 5,00 g/l so với hình 3.5a số điểm ăn mòn, kích thước sản phẩm ăn mòn giảm rõ rệt Các hình 3.5c, 3.5d, 3.5e, bề mặt thép dung dịch HCl 1M có mặt caffeine 5,00 g/l I- 1,00 g/l (3.5c); I- 2,5 g/l (3.5d); I- 5,0 g/l (3.5e) mật độ lỗ ăn mòn giảm khơng bị ăn mòn sâu Các mẫu theo phương pháp phân tích có hiệu suất bảo vệ đạt khoảng 80% Bề mặt có số điểm ăn mòn kích thước sản phẩm ăn mòn nhỏ sử dụng ức chế hỗn hợp I- 5,00 g/l + C 5,00 g/l Kết hoàn toàn phù hợp với kết thu từ phương pháp phân tích Và vậy, hỗn hợp I- caffeine có khả ức chế ăn mòn thép CT3 dung dịch HCl 1M tốt hỗn hợp Br- caffeine, đó, nồng độ I- caffeine cao khả ức chế tốt Ở nồng độ I- 5g/l caffeine 5,0g/l hiệu đạt 94% 3.3 THẢO LUẬN VÀ CƠ CHẾ ĂN MÒN ỨC CHẾ ĂN MÒN 3.3.1 Đánh giá khả hấp phụ Br- I- lên bề mặt thép Theo kết nghiên cứu (3.2.) cho thấy: Khi nồng độ Br-, I- tăng khả ức chế ăn mòn chất thép CT3 dung dịch axit HCl 1M tăng, nên chất hoạt động theo chế hấp phụ Để kiểm nghiệm dự đoán này, thiết lập mối quan hệ hiệu suất ăn mòn với nồng độ chất ức chế theo thuyết hấp phụ Theo thuyết hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir: 𝐾𝐶 𝜃= (3.1) 1+𝐾𝐶 𝐶 𝜃 𝐾 Hay dạng tuyến tính: = 𝑐 + Trong đó:  phần bề mặt bị che phủ K: số cân hấp phụ C: nồng độ chất bị hấp phụ dung dịch 46 (3.2) Nếu coi hiệu ức chế = 100% ứng với che phủ hoàn toàn bề mặt vật liệu  hiệu ức chế ăn mòn chất ức chế đạt Từ bảng 3.2 bảng 3.4, xây dựng đồ thị quan hệ C/ C, kết hình 3.6 0.18 0.16 y = 0.0312x + 0.0111 R² = 0.9584 0.14 Br- Tỷ lệ C/ 0.12 I- 0.1 0.08 0.06 0.04 y = 0.0137x + 0.0058 R² = 0.9976 0.02 0 Nồng độ (g/l) Hình 3.6 Dạng tuyến tính thuyết hấp phụ Langmuir I- Br- lên bề mặt thép CT3 dung dịch HCl 1M Hình 3.6 cho thấy: dạng tuyến tính phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có hệ số tương quan lớn: R2 = 0,9976 I- R2 = 0,9584 Br- Điều cho thấy, kết thực nghiệm tuân thủ tốt phương trình Langmuir, hay I- Br- có khả hấp phụ lên bề mặt thép CT3 dung dịch HCl 1M Chính điều làm giảm khả bị ăn mòn thép Tương tự, kiểm tra mức độ phù hợp kết thực nghiệm với thuyết hấp phụ Langmuir hỗn hợp chất ức chế Kết thu hình 3.7 47 0.14 0.12 y = 0.0066x + 0.0504 R² = 0.8808 C5Br 0.1 y = 0.0076x + 0.0279 R² = 0.9415 I5C C/ 0.08 I2.5C y = 0.009x + 0.0139 R² = 0.9962 0.06 0.04 y = 0.0101x + 0.0073 R² = 0.9996 0.02 y = 0.0122x + 0.0041 R² = 0.9999 I1C I0.5C 0 10 12 Nồng độ (g/l) Hình 3.7 Dạng tuyến tính thuyết hấp phụ Langmuir hỗn hợp I- Brvới caffeine lên bề mặt thép CT3 dung dịch HCl 1M Theo hình 3.7, từ giá trị R2 cho thấy: hỗn hợp I- với caffeine nghiệm phương trình Langmuir hỗn hợp Br- với caffeine, nồng độ I- hỗn hợp nhỏ, phù hợp cao Điều cho thấy, hỗn hợp I- Br- với caffeine gây ức chế ăn mòn cho thép CT3 dung dịch HCl theo kiểu hấp phụ che phủ bề mặt Tuy nhiên, nồng độ I- tăng, mức độ phù hợp giảm, hiệu ức chế tăng đáng kể, nghĩa hấp phụ chế 3.3.2 Nghiên cứu hoạt động điện hóa hệ ăn mòn Để làm rõ chế ức chế ăn mòn cho thép CT3 dung dịch HCl 1M, chúng tơi tiến hành thêm số phép đo điện hóa với số dung dịch có hiệu ức chế ăn mòn cao có nồng độ ức chế lớn, mức độ phù hợp với giả thuyết hấp phụ không cao Kết hình 3.8 – 3.10 48 C5 -2.5 140 Blank C5Br0.1 C5Br0.5 C5Br1.0 C5Br2.5 C5Br5.0 C5 120 -4.5 -5.5 -6.5 -0.65 -0.45 U (V) 100 Zim (ohms) lg I (mA/cm2) C5Br0 C5Br0 C5Br1 C5Br2 C5Br5 -3.5 80 60 40 20 0 100 200 300 400 500 Zre (ohms) a b Hình 3.8: Đường cong phân cực (a) giản đồ Nyquist (b) thép CT3 dung dịch HCl 1M khơng có mặt hỗn hợp caffeine 5,0 g/l Br- nồng độ khác -1.5 KI C 0.1 KI C 1.0 KI C 2.5 KI C 5.0 KI 1.0 Blan k -3.5 -4.5 -5.5 -6.5 -0.6 -0.4 U(V) Blank KI KI C KI C KI C KI C 800 600 Zim (Ohms) logi (A/cm2) -2.5 0.1 1.0 2.5 5.0 400 200 0 500 1000 1500 2000 2500 Zre (Ohms) a b Hình 3.9: Đường cong phân cực (a) giản đồ Nyquist (b) thép CT3 dung dịch HCl 1M khơng có mặt hỗn hợp I- 1,0 g/l caffeine nồng độ khác logi (mA/cm2) KI C 0.1 KI C 1.0 KI C 2.5 KI C 5.0 Blank -3.5 -4.5 -5.5 -6.5 -7.5 -8.5 -0.6 -0.4 U (V) -0.2 1800 Blank KI KI C 0.1 KI C 1.0 KI C 2.5 KI C 5.0 1600 1400 1200 Zim (Ohms) -2.5 1000 800 600 400 200 0 1000 2000 3000 4000 Zre (Ohms) a b Hình 3.10: Đường cong phân cực (a) giản đồ Nyquist (b) thép CT3 dung dịch HCl 1M khơng có mặt hỗn hợp I- 5,0 g/l caffeine nồng độ khác 49 Quan sát đường cong phân cực dạng log ta thấy: - Sự có mặt hỗn hợp chất ức chế làm mật độ dòng anot mật độ dòng catot giảm ăn mòn thay đổi khơng đáng kể Điều chứng tỏ hỗn hợp có vai trò chất ức chế hỗn hợp - Khơng vậy, mật độ dòng giảm mạnh hỗn hợp cafeine I- caffeine với Br-, tổng trở hệ tăng lên lớn nhiều hệ có mặt I- caffeine, điều cho thấy khả ức chế hỗn hợp I- caffeine mạnh, tính tốn theo phương pháp điện hóa cho thấy hiệu lớn nhiều so với phương pháp phân tích (đạt tới 99%) Phương pháp quan sát bề mặt vi mô chứng minh cho kết - Trên hình 3.9a; 3.10a cho thấy: mật độ dòng catot hệ ức chế hỗn hợp giảm rõ rệt so với hệ ức chế I- mật độ dòng anot khơng giảm nhiều Chứng tỏ hỗn hợp với caffeine làm tăng khả ức chế catot I- Trong đó, mật độ dòng anot hệ ức chế giảm mạnh so với không sử dụng ức chế khơng làm giảm mật độ dòng anot so với sử dụng I- Đặc biệt hình 3.8a, nhánh anot gần nằm ngang, điều cho thấy hỗn hợp có khả gây thụ động cho điện cực nghiên cứu mạnh, tất nồng độ cafeine kết hợp với I- 5,0 g/l Điều quan sát thấy đường cong phân cực hệ ức chế ăn mòn I- 5,0 g/l Chứng tỏ, hiệu ứng ức chế ăn mòn anot hỗn hợp chủ yếu I- gây Như vậy, I- hoạt động mạnh gây ức chế ăn mòn theo cách gây thụ động anot Nồng độ lớn, vai trò thụ động hóa anot rõ rệt Còn Br- khơng Hỗn hợp I- caffeine hỗn hợp có nhiều khả ứng dụng thực tế 50 KẾT LUẬN Mối quan hệ nồng độ Fe dung dịch độ hấp thụ dung dịch theo phương pháp AAS vùng nồng độ nhỏ đến 10 ppm tuyến tính Phương trình hồi quy y = 0,0239x + 0,003 có R2 ~1; LOD = 0,2161; LOD = 0,6548 Theo phương pháp phân tích: Các muối Br- I- có khả làm giảm tốc độ ăn mòn thép CT3 dung dịch HCl 1M, khả ức chế tăng theo nồng độ Tuy nhiên, hiệu ức chế Br- độc lập thấp, nồng độ 5,0 g/l đạt xấp xỉ 32%; I- cao hơn, nồng độ 5,0 g/l đạt hiệu ức chế khoảng 68%, sử dụng độc lập làm chất ức chế hiệu chưa thật tốt Các chất ức chế ăn mòn theo chế hấp phụ Sự cộng hưởng khả ức chế ăn mòn Br - với caffeine khơng thực rõ nét, cộng hưởng tác dụng I - caffeine thể rõ, nồng độ kết hợp, hiệu ức chế ăn mòn hỗn hợp I- caffeine tăng so với sử dụng chất độc lập Hiệu cao hỗn hợp I 5,0 g/l caffeine 5,0 g/l, đạt khoảng 94% Theo phương pháp điện hóa: Cơ chế ức chế ăn mòn hỗn hợp ức chế chế hỗn hợp Trong đó, thêm caffeine làm tăng khả bảo vệ catot I-, khả bảo vệ anot hỗn hợp chủ yếu I- gây ra, Nồng độ I- lớn, khả thụ động hóa phản ứng anot cao 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt Nguyễn Tinh Dung (2006), Hóa học Phân tích - Phần III, Các Phương pháp định lượng hóa học, NXB Giáo dục Hà Nội Trần Hiệp Hải (2002), Phản ứng điện hóa ứng dụng, Nxb Giáo dục, Hà Nội Trần Tứ Hiếu (2004), Hóa học phân tích, NXB Đại học quốc gia Hà Nội Trần Tứ Hiếu, Từ Vọng Nghi, Nguyễn Xuân Trung, Nguyễn Văn Ri (2003), Hóa học phân tích phần II - Các phương pháp phân tích cơng cụ, Nxb Đại học Quốc Gia Hà Nội Trương Ngọc Liên (2004), Ăn mòn bảo vệ kim loại, Nxb KH&KT, Hà Nội Phạm Luận (2006), Phương pháp phân tích phổ nguyên tử, Nxb Đại học Quốc Gia Hà Nội Phạm Luận (2005), Giáo trình Phân tích mơi trường, Đại học Quốc Gia Hà Nội Hồng Nhâm (2003), Hóa học vơ – Tập 3, Nxb Giáo dục Hồng Nhâm (2001), Hóa vơ - Tập 2, Nxb Giáo dục 10 Dương Qung Phùng (2009), Một số phương pháp phân tích Điện hóa, Nxb Đại học Sư phạm Hà Nội 11 Hồ Viết Quý (1999), Các phương pháp phân tích quang học hóa học, Nxb Đại Học Quốc Gia Hà Nội 12 Hồ Viết Q (2009), Các phương pháp phân tích cơng cụ hóa học đại, Nxb Đại học Sư phạm Hà Nội 13 Trương Thị Thảo (2012), Nghiên cứu tính chất điện hóa khả ức chế ăn mòn thép cacbon thấp môi trường axit số hợp chất có nguồn gốc tự nhiên, Luận án tiến sĩ Hóa Học, Viện Hóa Học 14 Tạ Thị Thảo (2013), Giáo trình thống kê hóa học phân tích, Hà Nội 52 15 Lê Ngọc Trung (2005), Ăn mòn bảo vệ kim loại, Nxb ĐH Đà Nẵng, Đà Nẵng 16 Nguyễn Văn Tuế (2002), Ăn mòn bảo vệ kim loại, Nxb Giáo dục, Hà Nội 17 Nguyễn Đình Triệu (1999), Các phương pháp vật lý ứng dụng hóa học, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội 18 Lê Văn Vũ( 2004), Giáo trình cấu trúc phân tích cấu trúc vật liệu, Trường ĐH KHTN, ĐHQG Hà Nội 19 Trịnh Xuân Sén (2006), Ăn mòn bảo vệ kim loại, Nxb Đại học Quốc Gia Hà Nội, Hà Nội Tiếng anh 20 Arzamaxov B.N (2004), Vật liệu học, Nxb Giáo dục, Hà Nội 21 A Ali Ensafi, T Khayamian, A Benvidi and E Miromtaz (2006), Silmultanous Determination of Copper, Lead and Cadmium by Cathodic Adsorptive Stripping 22 D.A Jones, Principles and prevention of corrosion (1992), Macmilan Publishing Company, United States of America 23 Georgiana Bolat, Adrian Cailean, Daniel Sutiman and Daniel Mareci (2014), “Electrochemical behaviour of austenitic stainless steel in 3.5 wt% NaCl solution in the presence of caffeine environmental friendly corrosion inhibitor”, Rev Roum Chim., Vol 59(1), pp 53-59 24 Ivan P Pozdnyakov, Victor F Plyusnin, Vjacheslav P Grivin, Dmitry Yu Vorobyev, Nikolai M Bazhin, Stéphane Pagés, Eric Vauthey (2006), “Photochemistry of Fe(III) and sulfosalicylic acid aqueous solutions”, 25 J Yamuna, Noreen Antony (2015), “A green chemical for the microbial action and inhibition of corrosion of carbon steel in chloride ion environment”, International Journal of Research and Development in Pharmacy and Life Sciences, Vol 4, No.1, pp 13341340 53 26 M Ebadi,W J Basirun, S Y Leng and M R Mahmoudian(2012), “ Investigation of Corrosion Inhibition Properties of Caffeine on Nickel by Electrochemical Techniques”, Int J Electrochem Sci., Vol 7, pp 8052 – 8063 27 Nofrizal (2012), “Corrosion inhibition of mild steel in 1M HCl by catechin monomers from commercial green tea extracts”, Scientific contributions oil & gas, vol.35, no.1, pp 11 –24 28 Noreen Anthony, E Malarvizhi, P Maheshwari, Susai Rajendran , N Palaniswamy (2004), “Corrosion inhibition bz caffeine – Mn2+ system”, Indian Journal of Chemical Technology, Vol 11, pp 346350 29 Truong Thi Thao, Hoang Thi Phương Lan, Ngo Thi Duong Thuy (2016), “A study on the corrosive inhibition ability of CT3 steel in M HCl solution by caffeine and some characteristics of the inhibition process”, Vietnam J Chemistry, 54(6), pp 742-746 30 V.S Sastri, Green corrosion inhibitors: theory and practice, Jonh Willey and Son, 2011, USA 31 Senka Gudić, Emeka E Oguzie, Ani Radonić, Ladislav Vrsalović, Ivana Smoljko1, Maja Kliškić (2014), “Inhibition of copper corrosion in chloride solution by caffeine isolated from black tea”, Macedonian Journal of Chemistry and Chemical Engineering, Vol 33, No 1, pp 13– 17 32 Voltametry Using Artificial Neutral Network” Analytica Chimica Acta, V.561, pp.225-231 Ivan P Pozdyakov, Victor F Plyusin, Vjacheslav P Grivin, Dmitry Yu Vorobyev, Nikolai M Bazhin, Stephane Pagas, Eric Vauthey (2006), “Photochemistry of Fe (III) and sulfosalicylic acid aqueous solutions”, Journal of Photochemistry and Photobiology A, Chemmistry 182, pp 75 - 81 54 ... THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC BÙI ỨC DÂN PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ ĂN MỊN THÉP CT3 TRONG MƠI TRƯỜNG AXIT CỦA HỖN HỢP Br- HOẶC I- VỚI CAFFEINE BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HIỆN... nghiên cứu, luận văn này, chọn đề tài: " PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ ĂN MỊN THÉP CT3 TRONG MÔI TRƯỜNG AXIT CỦA HỖN HỢP Br- HOẶC I- VỚI CAFFEINE BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HIỆN ĐẠI"... 3.2 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨC CHẾ ĂN MÒN THÉP CT3 TRONG DUNG DỊCH HCl 1M THEO PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 40 iv 3.2.1 Khả ức chế ăn mòn kalibromua 40 3.2.2 Khả ức chế ăn mòn hỗn hợp caffeine