TDC như limonene và các hợp chất khác hay bởi sản phẩm phản ứng của chúng hình thành trong môi trường axit mà trong phân tử có chứa các liên kết như C=O, C=C, C-O-C, O-H và C-H. Quá trình hấp phụ của TDC lên bề mặt kim loại là hấp phụ vật lý, tự diễn biến và có sự tương tác yếu của các chất bị hấp phụ với nhau. 3.4. Khảo sát hiệu quả ức chế của TDC khi thay đổi gốc axit và so sánh
với chất ức chế truyền thống
3.4.1. Ảnh hưởng của gốc axit đến khả năng ức chế ăn mòn của thép trong môi trường axit trong môi trường axit
Ngoài axit HCl, axit H2SO4 cũng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa
chất, đặc biệt là công nghệ tẩy gỉ, tẩy cặn có dùng chất ức chế ăn mòn. Do vậy, axit H2SO4 hay gốc SO42- được lựa chọn thí nghiệm với mục đích so sánh với dung dịch HCl trong nghiên cứu này. Để đánh giá ảnh hưởng của gốc axit đến khả năng ức chế ăn mòn thép của TDC, nghiên cứu được thực hiện với thép trong các axit HCl và H2SO4 có cùng nồng độ axit (1N).
Ảnh hưởng của gốc axit tới đường cong phân cực của thép được trình bày trên
hình 3.31.
106
Ta thấy, điện thế ăn mòn thép trong dung dịch axit gốc Cl- và gốc SO42- không khác nhau nhiều. Việc thêm TDC đều làm dịch chuyển cả hai nhánh của đường cong phân cực thép trong axit HCl và axit H2SO4 về phía mật độ dòng nhỏ hơn, trong khi điện thế ăn mòn thay đổi không đáng kể. Những dấu hiệu này đều chứng tỏ TDC cũng đóng vai trò ức chế hỗn hợp đối với quá trình ăn mòn thép trong axit H2SO4. Hay nói cách khác, gốc axit không làm ảnh hưởng đến cơ chế ức chế của TDC.
Bảng 3.14 là các thông số điện hóa thu được bằng phương pháp ngoại suy Tafel từ đường cong phân cực hình 3.31.
Bảng 3.14 - Ảnh hưởng của gốc axit đến các thông số điện hóa của quá trình ăn mòn thép Dung dịch C(g/L) TDC EAg/AgCl) c (mV.vs (mA/cmic 2) Rp ( ) (mV/dec) ba (mV/dec) bc
HCl 1N 0 -429,24 125,12 133,41 73,88 80,12
3 -411,71 9,86 1705,05 100,01 63,16
H2SO4 1N 0 -423,6 69,59 271,50 98,81 77,73
3 -415,25 36,67 493,11 105,63 68,72
Hình 3.32 là phổ tổng trở của thép trong các dung dịch axit nghiên cứu khi không có và khi có 3 g/L TDC. Sử dụng sơ đồ mạch tương đương hình 3.6 để mô phỏng các thông số điện hóa của hệ ăn mòn, kết quả như trong bảng 3.15.
Hình 3.32 - Ảnh hưởng của gốc axit đến phổ tổng trở điện hóa của thép
Từ bảng 3.14 và 3.15 có thể thấy, sự có mặt của TDC đều làm giảm mật độ dòng ăn mòn thép ic, cũng có nghĩa là làm tăng điện trở phân cực Rp hay điện trở chuyển
107
điện tích Rct của thép trong các dung dịch axit, nhưng với mức độ khác nhau phụ
thuộc gốc axit.
Bảng 3.15 - Các thông số điện hóa thu được từ mô phỏng phổ EIS hình 3.32
Dung dịch C(g/L) TDC (Ω.cmRdd 2) (Ω.cmRct 2) Yo (µF) n (µF/cmCdl 2) HCl 1N 0 0,7 80 56,10 0,911 75,53 3 0,6 980 19,20 0,865 23,05 H2SO4 1N 0 0,9 183 79,2 0,869 92,84 3 1,1 367 39,4 0,882 49,05
Để làm rõ ảnh hưởng này, bên cạnh các phép đo điện hóa, phương pháp tổn hao khối lượng cũng được sử dụng. Kết quả tốc độ ăn mòn thép và hiệu quả ức chế ăn mòn của TDC trong hai môi trường sau 1h và 24h được trình bày trên bảng 3.16.
Bảng 3.16 - Ảnh hưởng của gốc axit đến tổn hao khối lượng thép và hiệu quả ức chế ăn mòn bởi TDC Dung dịch Thời gian CTDC (g/L) 1h 24h Wcorr (mg/cm2.h) HW (%) Wcorr (mg/cm2.h) HW (%) HCl 1N 0 0,3098 - 0,4817 - 3 0,0570 81,6 0,0249 94,8 H2SO4 1N 0 0,2313 - 0,3130 - 3 0,0616 73,7 0,0234 92,5
Bảng 3.16 cho thấy, tốc độ ăn mòn thép trong axit H2SO4 nhỏ hơn trong axit HCl sau cả thời gian ngâm 1h và 24h. Điều này là do sự ăn mòn thép trong axit HCl ngoài xảy ra trên bề mặt thép, còn xảy ra tại các lỗ ăn mòn do sự có mặt của ion Cl-. Tuy nhiên khi có TDC, tốc độ ăn mòn thép trong axit H2SO4 lớn hơn trong axit HCl sau 1h. Sau 24h ngâm mẫu, tốc độ ăn mòn thép trong cả hai dung dịch xấp xỉ nhau.
Hiệu quả ức chế ăn mòn thép bởi TDC trong HCl cao hơn trong H2SO4 ở cả 1h và
24h. Điều này có thể giải thích là do các ion Cl- có xu hướng hấp phụ mạnh hơn so
với các ion SO42- và ảnh hưởng tĩnh điện đến sự hấp phụ chất ức chế có thể là lý do làm tăng tác dụng bảo vệ của chất ức chế trong dung dịch có chứa halogen. Hơn nữa
108
sự can thiệp ít hơn của các ion SO42- với các cation H+ bị hấp phụ có thể dẫn đến sự hấp phụ thấp hơn [98]. Vì vậy, sự hấp phụ của TDC trên bề mặt thép trong dung dịch
HCl 1N là mạnh hơn so với trong dung dịch H2SO4, dẫn đến hiệu quả ức chế trong
HCl cao hơn trong H2SO4.
Ảnh SEM (hình 3.33) cho biết, bề mặt thép trong axit HCl bị ăn mòn lỗ mạnh với
nhiều lỗ lớn, trong khi là ăn mòn đều mạnh trong H2SO4. Khi có mặt TDC, bề mặt
thép trong cả hai axit đều ít bị ăn mòn hơn so với trong các axit không ức chế tương ứng, chứng tỏ TDC có tác dụng ức chế ăn mòn hiệu quả trong cả hai môi trường.
Hình 3.33 - Ảnh hưởng của gốc axit đến hình thái bề mặt thép sau 1h
Như vậy, TDC có khả năng ức chế quá trình ăn mòn đều và ăn mòn lỗ của thép trong môi trường axit. Cơ chế ăn mòn thép chịu ảnh hưởng của gốc axit và tác dụng
ức chế ăn mòn thép bởi TDC trong HCl hiệu quả hơn so với trong H2SO4 ở cùng
nồng độ axit. Sự hấp phụ của TDC chịu ảnh hưởng bởi các anion trong dung dịch axit hay chịu ảnh hưởng bởi gốc axit có cùng nồng độ đương lượng.
109
3.4.2. Nghiên cứu so sánh khả năng ức chế ăn mòn thép bởi TDC trong axit HCl 1N với chất ức chế truyền thống urotropin (URO)