trong môi trường axit HCl 1N
Để khảo sát khả năng ức chế của Urotropin đối với quá trình ăn mòn thép trong môi trường axit HCl 1N, chúng tôi tiến hành đo đường cong phân cực, đo phổ tổng trở và xác đinh tốc độ ăn mòn (bằng phương pháp khối lượng) của thép trong dung dịch HCl 1N khi có Urotropin với các nồng độ 1, 2, 3 và 4g/l.
3.1.1. Ảnh hưởng của Urotropin đến đường cong phân cực của thép trong môitrường axit HCl 1N trường axit HCl 1N
Các phép đo được tiến hành sau ngâm mẫu 30 phút trong các dung dịch nghiên cứu khi điện thế ăn mòn đạt trạng thái ổn định. Kết quả đo đường cong phân cực của thép trong dung dịch HCl 1N khi không có và khi có Urotropin với các nồng độ thêm vào từ 1 g/l đến 4 g/l được thể hiện trên hình 3.1.
Từ hình 3.1 ta thấy rằng việc thêm Urotropin vào dung dịch HCl 1N có ảnh hưởng đến đường cong phân cực của thép. Điện thế ăn mòn của thép trong dung dịch HCl 1N có giá trị là –416mV so với điện cực bạc clorua. Khi nồng độ ức chế tăng từ 1 g/l đến 4 g/l thì điện thế ăn mòn của thép trong các dung dịch nghiên cứu có thay đổi – dịch chuyển về phía âm, tuy nhiên không nhiều chỉ từ vài mV tới 20 mV. Đồng thời ta cũng quan sát thấy khi thêm Urotropin vào dung dịch đều nhận thấy sự thay đổi ở cả hai nhánh của đường cong phân cực. Cụ thể, khi nồng độ Urotropin tăng, cả
Hình 3.1: Đường cong phân cực của thép trong dung dịch HCl 1N với các nồng độ Urotropin khác nhau
hai nhánh anốt và catốt đều dịch chuyển về phía trái – phía mật độ dòng nhỏ hơn nhưng không có quy luật rõ rệt. Điều này cho thấy Urotropin có tác dụng như là một chất ức chế hỗn hợp đối với quá trình ăn mòn thép trong môi trường axit HCl 1N.
Bảng 3.1: Hiệu quả bảo vệ của Urotropin (Uro) đối với quá trình ăn mòn thép trong dung dịch HCl 1N với các nồng độ khác nhau
Nồng độ Uro, g/l Ec, mV Ic, mA ic, mA/cm2 Ηi, % 0 -416 1,492 2,972 0 1 -434 0,125 0,249 91,6 2 -430 0,0412 0,0813 97,3 3 -423 0,0312 0,0621 97,9 4 -428 0,0572 0,1140 96,2
Bằng phương pháp ngoại suy Tafel chúng tôi đã xác định được mật độ dòng ăn mòn và từ đó xác định được hiệu quả bảo vệ của Urottropin đối với quá trình ăn mòn thép trong dung dịch HCl 1N theo công thức (2.2), kết quả được đưa ra trong bảng 3.1.
Bảng 3.1 cho thấy mật độ dòng ăn mòn của thép trong dung dịch axit giảm rất nhiều khi có mặt Urotropin. Với nồng độ Uro 1g/l đã đạt hiệu quả bảo vệ là 91,6%. Khi tăng nồng độ Uro thì mật độ dòng ăn mòn của thép giảm. Hiệu quả bảo vệ cao nhất đạt tới 97,9% ở nồng độ Uro là 3g/l.
Song song với việc đo đường cong phân cực, chúng tôi còn tiến hành đo phổ tổng trở điện hóa của thép trong các dung dịch nghiên cứu.
3.1.2. Ảnh hưởng của Urotropin đến phổ tổng trở điện hóa của thép trong dung dịch nghiên cứu
Các phép đo được tiến hành sau khi ngâm mẫu 30 phút trong các dung dịch nghiên cứu.
Hình 3.2: Phổ Nyquist của thép trong dung dịch axit HCl 1N khi có Urotropin với các nồng độ khác nhau
Kết quả đo phổ tổng trở của thép trong dung dịch HCl 1N khi không có và có Urotropin với các nồng độ từ 1 đến 4 g/l được đưa ra trên hình 3.2.
Các phổ tổng trở (hình 3.2) gồm các nửa vòng tròn cho thấy quá trình chuyển điện tích là quá trình chủ yếu khống chế quá trình ăn mòn. Phổ Nyquist được phân tích phù hợp với sơ đồ mạch tương đương như trong hình 3.3 [6, 8].
Hình 3.3: Sơ đồ mạch tương đương của điện cực thép trong dung dịch axit
Trong đó: Rdd – điện trở dung dịch
Rct – điện trở chuyển điện tích Cd – điện dung lớp kép
Các giá trị của điện trở dung dịch (Rdd) và điện trở chuyển điện tích (Rct)
được xác định bằng cách fít mạch bằng chương trình phân tích của phần mềm FRA
được cung cấp bởi máy AutoLab được nối với máy tính cá nhân tương ứng với khi
ω→∞ và ω→0 [1].
Hiệu quả bảo vệ được tính theo công thức (2.3) và được đưa ra trên hình 3.2.
Bảng 3.2: 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 chất ức chế Urotropin
với các nồng độ khác nhau Nồng độ, g/l Rdd, Ohm Rct, Ohm H, % 0 1,44 20,538 0 1 1,1 113,576 81,9 2 1,3 184,923 88,9 3 1,8 215,782 90,5 4 1,0 180,582 88,6 Rdd
Từ bảng 3.2 ta thấy điện trở của dung dịch Rdd nằm trong khoảng từ 1,0 tới
1,8 Ohm, còn giá trị của Rct tăng với sự tăng nồng độ của chất ức chế điều này cho
thấy sự giảm tốc độ ăn mòn của thép hay sự tăng hiệu quả bảo vệ theo sự tăng nồng
độ Urotropin. Hiệu quả bảo vệ xác định từ Rct của phổ Nyquist có chênh lệch so với
phương pháp đường cong phân cực (bảng 3.1) nhưng chênh lệch nhỏ và có thể coi là sai số phương pháp. Hiệu quả bảo vệ cao nhất đạt là 90,5% khi trong dung dịch có 3g/l chất ức chế Urotropin.
Để kiểm tra khả năng ức chế của Urotropin đối với quá trình ăn mòn thép trong dung dịch HCl 1N chúng tôi còn tiến hành khảo sát tốc độ ăn mòn của thép trong các dung dịch nghiên cứu bằng phương pháp khối lượng.
3.1.3. Ảnh hưởng của chất ức chế Urotropin đến tốc độ ăn mòn thép trong môi trường axit HCl 1N
Tốc độ ăn mòn thép được xác định bằng phương pháp khối lượng khi mẫu thép được ngâm trong dung dịch HCl 1N khi không có và khi có Urotropin với các nồng độ 1, 2, 3, 4g/l và thời gian ngâm mẫu là 1h, kết quả được thể hiện ở hình 3.4.
Hình 3.4: Tốc độ ăn mòn của thép trong dung dịch HCl 1N với các nồng độ Urotropin khác nhau
Khi thêm Urotropin vào dung dịch HCl 1N tốc độ ăn mòn của thép giảm đi
ngâm mẫu trong 1h. Tốc độ ăn mòn của thép chỉ còn là 1,01 mg/cm2.h trong dung dịch có nồng độ là 3 – 4 g/l. Hiệu quả bảo vệ của Urotropin đối với quá trình ăn mòn thép được xác định theo công thức (2.5), kết quả được đưa ra trên hình 3.5.
Qua hình 3.5 ta thấy hiệu quả bảo vệ đối với quá trình ăn mòn thép tăng khi tăng nồng độ chất ức chế Urotropin, hiệu quả bảo vệ đạt cao nhất khoảng 80% trong dung dịch có từ 3 – 4g/l chất ức chế.
Hình 3.5: Hiệu quả bảo vệ đối với quá trình ăn mòn thép trong dung dịch HCl 1N với các nồng độ Urotropin khác nhau.
Kết quả trên cho thấy, hiệu quả bảo vệ tính được theo cả ba 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 chất ức chế trong khoảng từ 3 - 4g/l. Sự sai khác của ba phương pháp là do sai số của các phép đo và sự sai khác giữa các phương pháp.
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
Theo một số các nghiên cứu khoa học đã công bố [7, 9] dịch chiết từ vỏ quả họ cam có khả năng ức chế đối với quá trình ăn mòn thép trong môi trường axit. Do
vậy trong đồ án này, chúng tôi tiến hành chiết tách dịch chiết từ vỏ bưởi Năm Roi và vỏ cam.
3.2.1. Chiết tách dịch chiết từ vỏ bưởi Năm Roi (VBNR)
Để thu được dịch chiết từ vỏ bưởi có rất nhiều phương pháp, tuy nhiên trong nghiên cứư này ta dùng phương pháp chưng cất lôi cuốn theo hơi nước. Quy trình chiết đã được trình bày như trong mục 2.1. Tuy cùng giống bưởi Năm Roi nhưng tùy thời gian thu hoạch cũng như chúng thuộc các họ bưởi khác nhau và điều kiện chiết tách khác nhau thì hiệu suất chiết tách thu được là khác nhau. Hiệu suất chiết tách được xác định theo công thức (2.1) và kết quả được đưa ra ở bảng 3.3.
Bảng 3.3: Hiệu suất chiết tách dịch chiết từ VBNR
Mẻ Khối lượng
nguyên liệu, g
Khối lượng dịch
chiết, g Hiệu suất chiết,% Ghi chú
1 462 4,1926 0,9 -
2 283 2,7513 0,97 -
3 181 3,1926 1,76 bổ sung nước
4 487 5,0036 1,03 -
5 509 9,9205 1,95 bổ sung nước
Từ bảng 3.3 ta thấy hiệu suất chiết ở các mẻ khác nhau là khác nhau, hiệu suất chiết trung bình đạt 1,2%. Một số nguyên nhân có thể dẫn đến sự sai khác đó có thể do: nguồn nguyên liệu, thời gian chiết tách khác nhau, tỷ lệ nguyên liệu trên nước. Hiệu suất chiết tách đạt cao nhất ở mẻ 3 (1,76%) và mẻ 5 (1,95%) có thể do trong quá trình thí nghiệm ở hai mẻ này có bổ sung thêm nước và thời gian chiết tách lâu hơn.
Do vậy để thu được hiệu suất chiết tách cao hơn thì trong quá trình chiết cần bổ sung thêm nước và chiết trong thời gian lâu hơn.
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
Đường cong phân cực của thép trong dung dịch HCl 1N khi không có và khi có dịch chiết VBNR với các nồng độ 1, 2 và 3g/l được tiến hành sau 30 phút ngâm mẫu trong các dung dịch nghiên cứu. Kết quả đo được đưa ra trên hình 3.6.
Hình 3.6: Đường cong phân cực của thép trong dung dịch HCl 1N khi có dịch chiết vỏ bưởi Năm Roi ở các nồng độ khác nhau
Hình 3.6 cho thấy rằng việc thêm dịch chiết vỏ bưởi vào dung dịch HCl 1N có ảnh hưởng đến đường cong phân cực của thép. Điện thế ăn mòn của thép trong dung dịch HCl 1N có giá trị là –416mV so với điện cực bạc clorua. Khi nồng độ dịch chiết tăng từ 1 g/l đến 3 g/l thì điện thế ăn mòn của thép trong các dung dịch nghiên cứu dịch chuyển về phía âm nhưng không nhiều lắm chỉ từ vài mV tới 35 mV. Đồng thời ta cũng quan sát thấy khi thêm dịch chiết vỏ bưởi 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, tuy nhiên nhánh anốt dịch chuyển không đáng kể còn nhánh catốt thì dịch chuyển rõ rệt. Theo một số nghiên cứu trước, các tác giả cho thấy dịch chiết từ vỏ quả họ cam có tác dụng như là một chất ức chế hỗn hợp [7]. Tuy nhiên, theo khảo sát
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
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
Ta thấy rằng, giá trị của Rct 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.
Bảng 3.6: Hiệu suất chiết tách dịch chiết từ vỏ cam
Mẻ Khối lượng nguyên liệu, g K.lg dịch chiết, g Hiệu suất, %
1 535 11,12 2,08 2 514 10,69 2,08 3 251 10,11 4,03 4 506 10,38 2,05 5 454 18,85 4,15 6 532 21,02 3,95 7 510 9,85 1,93 8 198 7,69 3,88 9 574 23,45 4,08 10 638 24,71 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