1.3. Ức chế ăn mòn kim loại
1.3.3. Ức chế ăn mòn thân thiện với môi trường
Chất ức chế hữu cơ thường chứa các nguyên tử như O , N , S trong phân tử, chúng có mật độ điện tử cao và do đó có khả năng ức chế ăn mòn. O, N, và S là các trung tâm hoạt động cho quá trình hấp phụ trên bề mặt kim loại. Hiệu quả ức chế có thể được sắp xếp theo thứ tự sau: O < N < S < P. Sử dụng các hợp chất hữu cơ có chứa oxy, lưu huỳnh, và đặc biệt là nitơ để ức chế ăn mòn thép đã được nghiên cứu nhiều. Các kết quả công bố cho thấy chất ức chế hữu cơ hấp thụ trên bề mặt kim loại bằng thay thế các phân tử nước trên bề mặt và tạo thành một rào cản khít chặt. Các đôi điện tử tự do và các điện tử P trong các phân tử chất ức chế dễ dàng chuyển từ các chất ức chế đến kim loại. Một liên kết hóa trị liên quan đến chuyển giao của các electron từ chất ức chế với kim loại bề mặt có thể được hình thành. Sự hấp phụ hóa học phụ thuộc vào mật độ điện tử trên nguyên tử của chất cho của các nhóm chức và cũng như độ phân cực của nhóm chức. Khi một nguyên tử hydro kiên kết với cacbon trong vòng được thay thế bởi một nhóm nhóm thế (- NH2 , - NO2, -CHO , hoặc - COOH ) nó làm tăng khả năng ức chế. Mật độ điện tử trong kim loại thay đổi khi có hấp phụ hóa học, do đó làm chậm các phản ứng ăn mòn. Hiệu suất của một chất ức chế hữu cơ phụ thuộc vào cấu trúc hóa học và tính chất hóa lý của các hợp chất như nhóm chức nãng, mật độ điện tử tại nguyên tử.
a/ Các hợp chất amin
Các chất ức chế ăn mòn chứa nitơ được nghiên cứu nhiều là các chất amin, trong các amin người ta sử dụng các amin có trọng lượng phân tử thấp hơn 300 như amôniac, hydrazin, alkyamin (với mạch cacbuahydro C1-C4), morpholin, benzylamin, cyclohexamin, alcanoamin hay các muối thu được bằng trung hoà bởi các axit aminphotphonic. Người ta cũng sử dụng các alkylamin béo C12-C22 như laurylamin, stearylamin và các muối của nó để làm các chất ức chế ăn mòn hữu cơ.
Một số hợp chất amin được sử dụng làm chất ức chế bay hơi [17]
như dimetylanilin (DMA), cyclohexylamin, hexametylenimin, morpholin (Hình 1.5). Hiệu suất ức chế ăn mòn thép của các chất ức chế ăn mòn thép trong điều kiện khí quyển khá cao, đạt 96-98%.
Cyclohexylamin Hexametylenimin
N,N-dimetylanilin (DMA) Morpholin
Hình 1.5: Cấu trúc của một số chất ức chế ăn mòn bay hơi Cơ chế hoạt động của các chất ức chế này như sau:
- Hơi bão hòa của các chất ức chế làm giảm độ ẩm tương đối xuống thấp hơn giá trị tới hạn.
- Làm kiềm hóa môi trường đưa pH về vùng mà ăn mòn rất thấp.
- Giảm mật độ dòng ăn mòn về giá trị thấp nhất bằng làm cho bề mặt kim loại trở nên kị nước, ngăn các phản ứng của kim loại với môi trường.
Hiệu xuất ức chế ăn mòn thép của các chất trên được sắp xếp theo thứ tự sau: Cyclohexyl amin > Hexamethylene imin > Morpholin > N-N-dimethyl anilin.
b/ Axit hữu cơ
Axit hữu cơ là các chất ức chế ăn mòn thân thiện môi trường, nó được sử dụng là ức chế ăn mòn cho đồng, thép, hợp kim nhôm, magie [18-22]. Khả năng ức chế ăn mòn của nó phụ thuộc vào độ dài mạch cacbuahydro [23-24].
Trong môi trường nước nó có thể phản ứng với bề mặt kim loại để tạo thành các liên kết cacboxylat [25]. Hiệu xuất ức chế ăn mòn của một số axit được trình bày trong bảng 2 [26].
Bảng 1.1: Hiệu suất ức chế ăn mòn thép trong hệ thống nước làm mát của một số axit hữu cơ ở nồng độ 20 ppm
Chất ức chế Hiệu suất ức chế (%)
Axit propantricacboxylic 80
Axit butantetracacboxylic 85
Axit polyaspatic 63
Axit hydroxyphosphonoaxetic 68
Một số axit hữu cơ sử dụng kết hợp với các ion Zn2+ cho hiệu quả bảo vệ chống ăn mòn cao hơn hẳn như axit succinic, axit adipic [27,28]. Hiệu suất ức chế đạt 93% với hỗn hợp axit succinic (nồng độ 250 pm) và Zn2+ (50 ppm). Trong khi hiệu suất ức chế của axit succinic ở nồng độ 250 pm là 50%
và hiệu suất ức chế của Zn2+ ở nồng độ 50 ppm là 17%. Các kết quả phân tích bề mặt cho thấy lớp bảo vệ tạo thành trên bề mặt thép gồm phức của Fe2+ và axit oxalic và Zn(OH)2 [27]. Tương tự hiệu suất ức chế của hỗn hợp 50 ppm axit adipic và 50 ppm Zn2+ đạt 95%. Kết quả đo tổng trở và phân tích hồng ngoại đã khẳng định có lớp phủ bảo vệ tạo thành trên bề mặt thép gồm phức