PHÂN TÍCH SẢN PHẨM TANIN RẮN TÁCH TỪ VỎ CÂY KEO LAI

6. Cấu trúc luận văn

2.4. PHÂN TÍCH SẢN PHẨM TANIN RẮN TÁCH TỪ VỎ CÂY KEO LAI

2.4.1. Tách Tanin rắn

Bước 1: Dung dịch tanin được chiết với điều kiện tối ưu đã nghiên cứu

qua phễu chiết để loại tướng clorofom, dịch chiết còn lại đem cất đến khô.

2.4.2. Phương pháp phổ hồng ngoại chuyển hóa fourier

Phổ hồng ngoại (InfraRed Spectrum, IR), là phép phân tích phổ biến cho biết các liên kết và các nhóm chức trong vật liệu phân tích. Phương pháp IR dựa trên sự tương tác của các bức xạ điện từ trong miền hồng ngoại (400 - 4000 cm-1) với các phân tử nghiên cứu. Quá trình tương tác đó có thể dẫn đến sự hấp thụ năng lượng, có liên quan chặt chẽ đến cấu trúc của các phân tử. Khi hấp thụ các bức xạ này sẽ dẫn đến sự dao động của phân tử.

Nguyên lý cơ bản của phổ hồng ngoa ̣i là thu nhâ ̣p thông tin về sự hấp thu ̣ và phân tích các phổ, tần số hấp thu ̣ bức xa ̣ hồng ngoa ̣i có thể liên quan trực tiếp các liên kết trong hợp chất [3], [18], [24].

Một thông số quan tro ̣ng khi nghiên cứu phổ hồng ngoa ̣i là thứ tự liên kết và loại nguyên tử tham gia liên kết sẽ được xác đi ̣nh khi liên kết hoá ho ̣c đó hấp thụ bứ c xa ̣ hồng ngoa ̣i. Bảng kết quả hấp thu ̣ hồng ngoa ̣i đươ ̣c sắp xếp bằng các nhóm chứ c, và số sóng dao động của một số nhóm chức hữu cơ được trình bày trong Bảng 2.1 [17].

Bảng 2.1. Số sóng dao động của một số nhóm chức hữu cơ

(ht: hóa trị, bd: biến dạng)

2.4.3. Phương pháp chuẩn bị mẫu ghi phổ hồng ngoại

Mẫu Tanin dạng rắn: chất nghiên cứu (2 mg) được nghiền nhỏ, trộn với bột KBr khan rồi ép thành tấm mỏng có chiều dày khoảng 0,1 mm (nhờ lực ép khoảng 7,5 – 10 tấn/cm2). Đặt mẫu ở dạng tấm mỏng vào cuvet để ghi phổ [22].

Số sóng, cm-1 Loại dao động Số sóng, cm-1 Loại dao động

3700 - 3200 1900 - 1550 1600 - 1450 1310 - 1210 -OH (ht) C = O (ht) C = C thơm (ht) ete thơm (ht) 1140 - 1085 1200 - 1000 860 – 800 900 - 650 ete mạch hở (ht) C-O (ht) CH benzen thế para (bd) CH thơm (bd)

2.5. NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ỨC CHẾ ĂN MÒN KIM LOẠI CỦA TANIN VỎ CÂY KEO LAI VỎ CÂY KEO LAI

2.5.1. Thiết bị đo

Chúng tôi sử dụng thiết bị đo PGS – HH10 để tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian ngâm thép trong dung dịch Tanin và nồng độ của dung dịch Tanin đến khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 trong môi trường Cl-. Đây là thiết bị đo điện hóa đa năng được ghép với máy tính có khả năng đo theo phương pháp cực phổ (NP), cực phổ xung (NPP), cực phổ xung vi phân (CPP). Trong quá trình này, chúng tôi sử dụng chương trình Potentiondyamic để nghiên cứu [25].

Hình 2.2. Sơ đồ thiết bị đo đường cong phân cực

Trong đó:

(1) Bình đo điện hóa (2) Potentiostat

(3) Bộ biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số (ADC: Analog Digital Converter) và tín hiệu số sang tín hiệu tương tự (DAC: Digital Ânlog Converter).

(4) Máy vi tính (5) Lưu trữ thông tin CE: Điện cực đối RE: Điện cực so sánh WE: Điện cực làm việc

Chế độ đo: - Tốc độ quét thế là 30mV/s - Khoảng quét thế:

+ Từ -1.2V đến -0.2V trong môi trường NaCl 3,5%

(1) WE RE CE PotentioS tat (2) ADC DAC (3) PC (4) Lưu trữ (5)

+ Từ -1.0V đến -0.1V trong môi trường axit

2.5.2. Điện cực và hóa chất

a. Điện cực

Điện cực làm việc được chế tạo từ thép CT3, diện tích bề mặt là 1cm2, phần còn lại được bọc bởi nhựa epoxy. Để màng nhựa epoxy cách li tốt, tiến hành nhiều lớp lên nhau.

Điện cực Ag/AgCl được dùng làm điện cực so sánh và điện cực đối là điện cực thép không gỉ [25]. b. Hóa chất Các hóa chất sử dụng: - Dung dịch NaCl 3,5%. - Dung dịch Na2CO3 có nồng độ 30mg/L - Dung dịch HCl với các nồng độ 0,1M; 0,2M; 0,3M; 0,4M; 0,5M và 1M - Dung dịch Tanin với các nồng độ: 0,05g/L; 0,1g/L; 0,15g/L; 0,2g/L; 0,25g/L; 0,3g/L; 0,35g/L; 0,4g/L; 0,45g/L; 0,5g/L; 0,55g/L; 0,6 g/L.

2.5.3. Phương pháp chuẩn bị bề mặt

Trước khi tiến hành nghiên cứu, thép CT3 được gia công để có bề mặt phẳng và tẩy sạch các lớp gỉ và các lớp dầu mỡ bám trên bề mặt bằng cách dùng giấy nhám mài từ thô đến mịn, rửa sạch tẩy dầu mỡ bằng dung dịch Na2CO3 có nồng độ 30mg/L, thấm ướt hoàn toàn rồi làm khô trước khi đặt vào dung dịch nghiên cứu.

2.5.4. Phương pháp nghiên cứu bằng cách xây dựng đường cong phân cực

Quá trình ăn mòn thép CT3 trong dung dịch NaCl 3,5% là quá trình ăn mòn điện hóa vì vậy các phản ứng ăn mòn có thể được nghiên cứu bằng phương pháp điện hóa, tốc độ ăn mòn tương đương với mật độ dòng điện. Vì vậy chúng tôi xác định tốc độ ăn mòn bằng phương pháp xây dựng đường cong phân cực.

Độ dốc của đường cong phân cực càng cao thì tốc độ ăn mòn càng lớn và ngược lại

a. Phương pháp xây dựng đường cong phân cực

chương trình đo Potentiondynamic. Mối liên hệ giữa dòng và thế biểu thị bằng hệ thức I=F(U). Khi quét thế trong một khoảng từ U1 đến U2 người ta xác định các dòng tương ứng thể hiện được các quá trình điện hóa xảy ra trên bề mặt điện cực. Mối quan hệ giữa dòng và thế của phương pháp thế là đường cong phân cực [9].

b. Phương pháp xác định điện trở phân cực

Hình 2.3. Đồ thị xác định điện trở phân cực từ đường cong phân cực

Việc xác định điện trở phân cực Rp của hệ ăn mòn là xác định độ dốc của đường cong phân cực tại điện thế ổn định (trạng thái không có dòng điện).

Để xác định điện trở phân cực, phải đo một đoạn của đường cong phân cực tại thế từ -30mV đến +30mV so với Ec và lấy tgα tại điện thế ăn mòn.

Ta có:

U I

tg  Theo định luật Ohm:

 tg R I U p 1 Rp   

Độ dốc của đường cong phân cực (α) càng cao thì điện trở phân cực càng nhỏ hay tốc độ ăn mòn càng lớn và ngược lại [9].

c. Phương pháp xác định dòng ăn mòn

Trạng thái tự nhiên của một hệ ăn mòn là không có dòng điện. Để đo tốc độ ăn mòn thường phải đưa hệ ra khỏi trạng thái tự nhiên của nó (tức là phân cực). Rồi sau đó ngoại suy nó trở về trạng thái không có dòng điện.

Quy trình của phép đo dòng ăn mòn:

- Phân cực anot hay catot hoặc cả hai, xây dựng đường cong U - lgI. U(V) -0.4 -0.45 -0.5 -0.55 -0.6 -0.65 -0.7 -0.75 -0.8 -0.85 -0.9 j ( m A /c m ^2 ) 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 α

- Chọn trên mỗi nhánh một đoạn thẳng nhất có độ dài từ 50mV đến 100mV (nhánh anot, nhánh catot).

- Mỗi đường thẳng được đánh dấu bằng hai điểm, sau đó tiến hành vẽ đường thẳng đi qua hai điểm đó và cắt nhau tại một điểm.

- Chiếu điểm đó lên trục lgI, xác định được dòng ăn mòn

Hình 2.4. Phương pháp xác định dòng ăn mòn

Trong đó: I’: Mật độ dòng ăn mòn U’: Thế ứng với dòng ăn mòn U: Thế bắt đầu ăn mòn

Quá trình xác định điện trở phân cực Rp, mật độ dòng ăn mòn I, điện thế ăn mòn E được thực hiện tự động nhờ chương trình xử lí của máy vi tính

d. Phương pháp đánh giá hiệu quả ức chế ăn mòn kim loại

Để đánh giá hiệu quả của chất ức chế đến ăn mòn kim loại, người ta dựa vào chỉ số sau:

- Hệ số tác dụng bảo vệ (kí hiệu Z): Z = 𝐾0− 𝐾1

𝐾0 . 100%

K0: tốc độ ăn mòn của kim loại khi chưa có chất ức chế (g/m2.h). K1: tốc độ ăn mòn của kim loại khi có chất ức chế (g/m2.h).

2.6. PHƯƠNG PHÁP CHỤP SEM XÁC ĐỊNH BỀ MẶT

Lấy 2 điện cực thép CT3 diện tích 4 cm2 đã làm sạch bề mặt: 1 điện cực để nguyên, 1 điện cực ngâm trong dung dịch tanin nồng độ 0,5 g/L, 40 phút

Sau đó, ngâm đồng thời 2 điện cực trong môi trường NaCl 3,5% trong thời gian khoảng 48 giờ. Tiến hành chụp ảnh bề mặt SEM tại Phòng thí nghiệm đo trường ĐH Bách Khoa, Thành phố Đà Nẵng để xác định ảnh hưởng của lớp lót tanin đến sự oxi hóa thép CT3.

2.7. SƠ ĐỒ QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM

Toàn bộ quy trình thực nghiệm nghiên cứu khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 trong môi trường NaCl và HCl của tanin được chiết tách từ vỏ cây keo lai được thể hiện ở Hình 2.5

Hình 2.5. Quy trình thực nghiệm

Khảo sát thời gian chiết tanin

Chiết

Khảo sát tỉ lệ R/L

Dịch chiết tối ưu Xử lý Vỏ keo lai

Mẫu nguyên liệu Khảo sát nhiệt độ chiết tanin Đo SEM Khảo sát ứng dụng làm lớp lót màng sơn Khảo sát khả năng ức chế ăn mòn thép trong môi trường NaCl 3,5%; và môi trường HCl Khảo sát nồng độ tanin ức chế ăn mòn kim loại

Khảo sát thời gian ngâm thép trong tanin ức chế ăn mòn kim loại Khảo sát ức chế ăn mòn kim loại trong môi trường

axit Nghiên cứu bề mặt thép bị ức chế ăn mòn Tanin rắn, đo phổ IR

CHƯƠNG 3

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. ĐỊNH TÍNH TANIN 3.1.1. Định tính chung 3.1.1. Định tính chung

Sử dụng thuốc thử FeCl3, dung dịch có màu xanh đen hay xanh rêu xác định sự có mặt của hợp chất polyphenol.

Lấy vào 2 ống nghiệm mỗi ống 2ml dung dịch lọc, 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

3.1.2. Định tính phân biệt 2 loại Tanin

- dựa vào phản ứng Stiasny

Tanin có 2 loại Tanin Pyrogalic (Tanin thủy phân) và Tanin pyrocatechic (Tanin ngưng tụ). Để phân biệt và chứng minh sự có mặt của 2 loại Tanin trong vỏ cây keo lai, chúng tôi

- Lấy 50ml dịch lọc cho vào bình tam giác 250ml, thêm 10ml formol và 5ml HCl, đun cách thủy khoảng 20 phút → có kết tủa vón màu đỏ gạch → có Tanin pyrocatechic. Sau đó tiến hành lọc để loại Tanin pyrocatechic, sau đó thêm vào dịch lọc dung dịch CH3COONa dư rồi thêm muối FeCl3 → có kết tủa màu xanh đen → có Tanin pyrogalic

Tóm lại, trong vỏ cây keo lai chứa cả 2 loại Tanin Pyrogallic và Tanin Pyrocatechic.

3.2. ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN QUÁ TRÌNH CHIẾT TÁCH

TANIN TỪ VỎ CÂY KEO LAI

3.2.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu rắn: dung môi lỏng

Cân 1g bột nguyên liệu, đun trong thời gian 40 phút, ở 800C thay đổi thể tích dung môi nước từ 20mL đến 90mL. Hình ảnh chiết tanin từ vỏ cây keo lai thí nghiệm thể hiện ở Hình 3.1. Kết quả thực nghiệm được trình bày ở Bảng 3.1

Hình 3.1. Hình ảnh chiết tanin từ vỏ keo lai

Bảng 3.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu rắn: dung môi lỏng đến hàm lượng tanin tách ra STT Thể tích dung môi(ml) b (ml) ( VKMnO4 chuẩn mẫu trắng) a (ml) ( VKMnO4 chuẩn mẫu phân tích) X % 1 20 1,2 1,8 6,24 2 30 1,2 1,8 6,24 3 40 1,2 2,4 12,47 4 50 1,2 2,9 17,67 5 60 1,2 3,0 18,71 6 70 1,2 3,2 20,79 7 80 1,2 3,2 20,79 8 90 1,2 3,2 20,79

Hình 3.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu rắn: dung môi lỏng đến hàm lượng tanin tách

Từ Bảng 3.1 và Hình 3.2, ta thấy khi tăng thể tích dung môi thì lượng tanin tách ra càng nhiều. Đến tỉ lệ 1 gam nguyên liệu : 70mL dung môi thì lượng tanin tách ra hầu như không đổi. Nguyên nhân có thể là do khi lượng dung môi tăng lên thì khả năng tiếp xúc với nguyên liệu càng lớn và lượng tanin tách ra càng nhiều, nhưng lượng dung môi quá lớn thì tanin cũng không tách thêm vì lúc này lượng tanin có trong vỏ keo lai hầu như đã được tách ra hoàn toàn.

Vậy, tỉ lệ 1 gam nguyên liệu : 70mL dung môi là thích hợp

3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian

Cân 1g nguyên liệu đun ở 800C với 70mL nước cất thực hiện trong các thời gian khác nhau từ 20, 30, 40….70 phút. Kết quả thực nghiệm được trình bày ở Bảng 3.2 và Hình 3.3.

Bảng 3.2. Ảnh hưởng của thời gian đến hàm lượng tanin tách ra

STT Thời gian b (ml) a (ml) X % 1 20 phút 1,2 1,8 6,24 2 30 phút 1,2 2,4 12,47 3 40 phút 1,2 3,2 20,79 4 50 phút 1,2 3,2 20,79 5 60 phút 1,2 3,3 21,82 6 70 phút 1,2 3,0 18,71

Qua kết quả thu được ở Bảng 3.2 và Hình 3.3, ta thấy khi thời gian càng tăng thì lượng tanin tách ra càng lớn và đến 60 phút thì đạt hiệu suất tách cao nhất. Khi thời gian dài hơn thì lượng tanin tách ra có giảm đi một ít. Nguyên nhân có thể là do thời gian tăng thì lượng tạp chất tách ra cũng tăng theo và cản trở quá trình tách tanin hoặc thời gian càng lâu giúp quá trình polime hóa của các hợp chất trong dung dịch xảy ra

Như vậy, thời gian thích hợp đối với quá trình chiết tách Tanin từ 1g nguyên liệu là 60 phút.

3.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ

Cân 1g nguyên liệu với 70mL nước cất đun trong thời gian 60 phút thực hiện ở các nhiệt độ khác nhau 500C, 600C, 700C, 800C, 900C. Kết quả thực nghiệm được trình bày ở Bảng 3.3 và Hình 3.4.

Bảng 3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng tanin tách ra

STT Nhiệt độ b (ml) a (ml) X % 1 50 1,2 1,8 6,24 2 60 1,2 3,0 18,71 3 70 1,2 3,2 20,79 4 80 1,2 3,3 21,82 5 90 1,2 3,1 19,75

Qua Bảng 3.3 và Hình 3.4 ta thấy khi nhiệt độ càng tăng thì lượng tanin tách ra càng lớn và đến 80oC đạt hiệu suất cao nhất. Ở 90oC thì hàm lượng tanin tách ra giảm xuống, được giải thích như sau: khi nhiệt độ tăng cao hơn 800C gần đến nhiệt độ sôi của dung môi thuận lợi cho việc tách ra những cấu tử hữu cơ khác cạnh tranh với cấu tử tanin nên hiệu suất có giảm.

Như vậy, nhiệt độ thích hợp đối với quá trình chiết tách Tanin từ 1g nguyên liệu là 800C.

Tóm lại: Điều kiện thích hợp cho quá trình chiết tách tanin từ bột vỏ cây keo lai là: nhiệt độ 800C, thời gian 60 phút, tỷ lệ rắn: lỏng = 1 gam: 70mL

Với điều kiện này thì lượng tanin thu được bằng 21,82% so với lượng nguyên liệu khô.

3.3. PHÂN TÍCH SẢN PHẨM TANIN RẮN BẰNG PHỔ HỒNG NGOẠI (IR)

Quá trình tách Tanin rắn theo cách như sau:

Bước 1: Dung dịch tanin được chiết với điều kiện tối ưu đã nghiên cứu

Bước 2: Xử lí dung dịch sau khi chiết với clorofom nhiều lần để loại tạp chất sau đó cho qua phễu chiết để loại tướng clorofom, dịch chiết còn lại đem cất đến khô thu được tanin rắn Hình 3.5.

Sau đó tiến hành đo phổ hồng ngoại (IR) của mẫu Tanin rắn tách được trên tại Phòng thí nghiệm trường ĐH Bách Khoa, Thành phố Đà Nẵng. Kết quả phổ hồng ngoại được trình bày ở Hình 3.6.

Hình 3.6. Phổ hồng ngoại của Tanin rắn

Ta có thể xác định một số số sóng và loại dao động chính được trình bày ở Bảng 3.4.

Bảng 3.4. Kết quả phân tích phổ IR của Tanin rắn tách từ vỏ keo lai

Số sóng (cm-1) Loại dao động Số sóng (cm-1) Loại dao động

3406 -OH 1160 -C-O-C-

1617 Nhân thơm 1124 -C-O-

1508 C=O 1030 C-C-O

1452 C=C thơm 844 CH benzen thế para

1344 C=C thơm 772 CH thơm

1242 =C-O-C

So sánh kết quả phổ hồng ngoại của mẫu tanin trên với thư viện phổ, qua Bảng 3.4 cho thấy, tanin tách từ vỏ cây keo lai có các nhóm chức phù hợp với các