T BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HÓA HỌC ******** TRƯƠNG THỊ THẢO NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA VÀ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ ĂN MÒN THÉP CACBON THẤP TRONG MÔI TRƯỜNG AXIT CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤ CÓ NGUỒN GỐC TỰ NHIÊN LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội – 2012 T BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HÓA HỌC ******** TRƯƠNG THỊ THẢO NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA VÀ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ ĂN MÒN THÉP CACBON THẤP TRONG MÔI TRƯỜNG AXIT CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤ CÓ NGUỒN GỐC TỰ NHIÊN Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý Mã số ngành: 62.44.31.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. GS.TS. Lê Quốc Hùng 2. PGS.TS. Vũ Thị Thu Hà Hà Nội - 2012 Lời cảm ơn Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Ban lãnh viện, Bộ phận Đào tạo, các phòng chức năng Viện Hóa học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến thầy giáo, GS.TS Lê Quốc Hùng, cô giáo PGS.TS Vũ Thị Thu Hà đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tôi xin được cảm ơn anh chị em tập thể Ứng dụng tin học trong nghiên cứu hóa học – Viện Hóa học – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam và anh chị em trong Khoa Hóa học, trường ĐH Khoa học, ĐH Thái Nguyên đã hỗ trợ tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện luận án. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến Phòng Ăn mòn, Trung tâm Đánh giá Hư Hỏng vật liệu – Viện Khoa học Vật liệu và phòng Tổng hợp Hữu cơ – Viện Hóa học – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Tôi chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, học trò đã quan tâm, động viên và tạo điều kiện giúp tôi hoàn thành luận án. Hà Nội, tháng 05 năm 2012 Nghiên cứu sinh Trương Thị Thảo MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 5 1.1. Tổng quan về ăn mòn kim loại 5 1.1.1. Định nghĩa ăn mòn kim loại 5 1.1.2. Phân loại ăn mòn 5 1.1.3. Khái quát về thép 8 1.2. Các phương pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại 10 1.2.1. Thiết kế hợp lý 10 1.2.2. Lựa chọn vật liệu thích hợp 10 1.2.3. Xử lý môi trường 10 1.2.4. Tạo lớp phủ bảo vệ 11 1.2.5. Phương pháp điện hóa 11 1.3. Sử dụng các chất ức chế bảo vệ chống ăn mòn kim loại 11 1.3.1. Giới thiệu về chất ức chế chống ăn mòn kim loại 11 1.3.2. Cơ chế hoạt động của chất ức chế ăn mòn kim loại 2 1.3.3. Phân loại chất ức chế ăn mòn kim loại 14 1.3.4. Các chất ức chế ăn mòn kim loại thực tế đã được sử dụng 15 1.3.5. Chất ức chế thân thiện môi trường 19 1.3.5.1. Khái niệm 19 1.3.5.2. Tình hình nghiên cứu về chất ức chế xanh trong và ngoài nước 19 1.3.5.3. Thuận lợi và hạn chế 9 1.3.6. Giới thiệu một số cây trồng có tiềm năng dùng ức chế ăn mòn kim 30 loại ở Thái Nguyên CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC 36 NGHIỆM 2.1. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 36 2.1.1. Hóa chất 36 2.1.2. Dụng cụ 36 2.1.3. Thiết bị 36 2.2. Điều chế và khảo sát thành phần hóa học các chất ức chế ăn 37 mòn kim loại 2.2.1. Điều chế các chất ức chế 37 2.2.1.1 Xử lý mẫu lá tươi 37 2.2.1.2. Chiết mẫu thực vật 37 2.2.1.3. Tách cao chiết chè trong nước 38 2.2.1.4. Tách caffein 39 2.2.2. Phương pháp khảo sát thành phần hóa học mẫu thực vật 39 2.2.2.1. Phương pháp sắc ký lớp mỏng 39 2.2.2.2. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân(NMR) 40 2.2.3. Thực nghiệm khảo sát thành phần hóa học các mẫu thực vật 42 2.3. Phương pháp nghiên cứu ăn mòn kim loại 42 2.3.1 Các phương pháp nghiên cứu ăn mòn kim loại 42 2.3.1.1 Phương pháp quan sát 42 2.3.1.2 Phương pháp tổn hao khối lượng 44 2.3.1.3 Các phương pháp điện hóa 45 2.3.2. Thực nghiệm nghiên cứu ăn mòn kim loại 50 2.3.2.1. Các loại mẫu kim loại nghiên cứu 50 2.3.2.2. Chuẩn bị mẫu kim loại 50 2.3.2.3 Chuẩn bị dung dịch 51 2.3.2.4. Thử nghiệm 52 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THẢO LUẬN 55 3.1. Khảo sát ức chế ăn mòn thép bằng các sản phẩm chiết từ các 55 mẫu thực vật 3.1.1. Chiết mẫu thực vật 55 3.1.2. Khảo sát khả năng ức chế ăn mòn thép của các cao chiết thu được 55 3.1.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ cao chiết 56 3.1.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ axit 62 3.1.2.3. Ảnh hưởng của thời gian thử nghiệm 65 3.1.3. Kết hợp một số phương pháp nghiên cứu ăn mòn và bảo vệ ăn mòn 69 thép CT38 bằng một số chất ức chế khác nhau 3.2. Ức chế ăn mòn thép CT38 trong môi trường axit bằng các sản 81 phẩm tách từ cao chiết chè trong nước 3.2.1. Tách và khảo sát thành phần hóa học cao chiết chè trong nước 81 3.2.1.1. Tách cao chiết chè trong nước W(C) 81 3.2.1.2. Khảo sát sơ bộ thành phần hóa học các cặn chiết phân đoạn từ cao 82 chiết W(C) 3.2.2. Khả năng ức chế ăn mòn thép CT38 trong môi trường axit của các 83 cặn chiết phân đoạn từ cao chiết chè 3.2.3. Khảo sát một số yếu tố trong sự ức chế ăn mòn thép CT38 trong 87 môi trường axit của cặn nước tách từ cao chiết chè 3.2.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ axit và nồng độ cặn chiết 87 3.2.3.2. Ảnh hưởng của thời gian thử nghiệm 89 3.2.4. Tách caffein và khảo sát khả năng dùng caffein làm chất ức chế ăn 92 mòn thép CT38 trong môi trường axit 3.2.4.1. Tách và xác định cofein 92 3.2.4.2. Ảnh hưởng của nồng độ cofein 94 3.2.4.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ 100 3.2.4.4. Ảnh hưởng của thời gian thử nghiệm 101 3.3. Đề xuất ban đầu cơ chế ức chế ăn mòn thép CT38 trong môi 105 trường axit của các chất ức chế nghiên cứu 3.3.1. Cơ chế hấp phụ 105 3.3.2. Nhiệt động học quá trình hấp phụ và quá trình ăn mòn 110 3.3.3. Cơ chế ức chế ăn mòn 114 KẾT LUẬN 116 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO 119 PHỤ LỤC 128 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa AES Phổ điện tử Auger AFM Atomic force microscopy - Kính hiển vi lực nguyên tử B Cặn n-butanol C Nồng độ chất ức chế (g/l) C dl điện dung lớp kép CPE Nguyên tố pha D Cặn diclometan DNA Acid Deoxyribo Nucleic (ADN - tiếng pháp hay DNA - tiếng anh) DPD Phương pháp phân cực thế động E * Năng lượng hoạt hóa quá trình ăn mòn Eam Thế ăn mòn (Thế mạch hở, thế nghỉ, thế oxy hóa khử) (V) EA Cặn etylaxetat E(C) Dịch chiết chè trong etanol (cao chiết) EDS Phổ tán sắc năng lượng tia X EGCG Epigallocatechin-3-gallat EIS Đo tổng trở ∆E Năng lượng cộng hưởng từ hạt nhân FTIR Fourier transform infrared spectroscopy - Quang phổ hồng ngoại chuyển đổi Fourier ∆G hp Biến thiên thế đẳng nhiệt đảng áp quá trình hấp phụ H Cặn hexan H (%) Hiệu quả bảo vệ (%) Hz Hertz (héc)Tần số ∆H Biến thiên entanpi quá trình (hấp phụ) i am Mật độ dòng ăn mòn (mA/cm 2 ) iđo Mật đo dòng đo được đáp ứng theo thế áp vào (mA/cm 2 ) K Hằng số cân bằng hấp phụ LSA Viết tắt tên hóa chất - d-lysergic axitamin M Nồng độ mol/l m Khối lượng (g) M80(T) Dịch chiết thuốc lá trong dung môi methanol:nước = 8:2 NRM Phổ cộng hưởng từ hạt nhân NTG N-(5,6-diphenyl-4,5-dihydro-[1,2,4]ưtriazin-3-yl)-guanidin ppm part of million - Nồng độ một phần triệu g/lít (mg/l) Q hp Nhiệt hấp phụ R p Điện trở phân cực (Ω) RS(Rdd) Điện trở dung dịch S Diện tích (cm 2 ) SEM Phương pháp kính hiển vi điện tử quét t Thời gian (phút, ngày) T Nhiệt độ UV Utraviolet - Tia tử ngoại hay tia cực tím v Tốc độ ăn mòn V Thể tích (l) XPS, ESCA Phổ huỳnh quang tia X W Cặn nước W(C) Dịch chiết chè trong nước WDS Phôt tán sắc bước sóng tia X WL Weight lost - tổn hao khối lượng W(T) Dịch chiết thuốc lá trong nước η Quá thế β Hằng số tafel DANH MỤC BẢNG Tên bảng Trang Bảng 2.1: Danh mục các sản phẩm chiết mẫu thực vật 37 Bảng 2.2: Các mẫu kim loại nghiên cứu 50 Bảng 3.1: Tỷ lệ khối lượng cao chiết so với khối lượng mẫu thực vật khô 55 Bảng 3.2: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl 1M có mặt các cao chiết ở các nồng độ khác nhau 58 Bảng 3.3: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép so sánh trong môi trường HCl 1M có mặt các cao chiết ở các nồng độ khác nhau 61 Bảng 3.4: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl 0,01M có mặt cao chiết W(C) ở các nồng độ khác nhau 64 Bảng 3.5: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl 0,01M có mặt W(C) và W(T)ở các nồng độ khác nhau theo thời gian 68 Bảng 3.6: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl 0,01M có mặt các chất ức chế khác nhau theo thời gian (Phương pháp tổn hao khối lượng) 70 Bảng 3.7: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl 0,01M có mặt các chất ức chế khác nhau theo thời gian (Phương pháp điện hóa) 73 Bảng 3.8: Hàm lượng các phân đoạn tách cao chiết W(C) 81 Bảng 3.9: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl có mặt các cặn phân đoạn tách từ cao chiết W(C) nồng độ khác nhau 85 Bảng 3.10: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl HCl có mặt cặn W tách từ cao chiết chè W(C) nồng độ khác nhau ở 25 o C 88 Bảng 3.11: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl 0,01M có mặt cặn W nồng độ 1g/l theo thời gian ở 25 o C 90 Bảng 3.12: Kết quả phân tích EDS bề mặt thép CT38 ngâm trong dung dịch HCl 1M có và không có mặt cặn W 5g/l sau 1 giờ ở 25 o C 91 Bảng 3.13: Các thông số quá trình thử nghiệm ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl 1M có mặt caffein nồng độ khác nhau ở 25 o C theo phương pháp tổn hao khối lượng 94 Bảng 3.14 Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl 1M có mặt caffein nồng độ khác nhau ở 25 o C theo 96 phương pháp điện hóa Bảng 3.15: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl 1M có mặt caffein nồng độ khác nhau ở 25 o C theo phương pháp tổng trở 98 Bảng 3.16: Kết quả phân tích EDS bề mặt thép CT38 ngâm trong dung dịch HCl 1M có và không có mặt caffein 3g/l sau 1 giờ ở 25 o C 100 Bảng 3.17: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl 1M có mặt caffein nồng độ 3g/l ở nhiệt độ khác nhau 102 Bảng 3.18: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl 1M có mặt caffein nồng độ 3g/l theo thời gian (phương pháp điện hóa) 94 Bảng 3.19: Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và các thông số nhiệt động quá trình hấp phụ W(C) và W lên thép CT38 trong dung dịch HCl 110 DANH MỤC HÌNH Tên hình Trang Hình 1.1: Sơ đồ ăn mòn điện hoá của kim loại đặt trong dung dịch chất điện li 6 Hình 1.2: Mô hình quá trình hấp phụ 13 Hình 1.3: Liên kết giữa polysaccarit với Fe 23 Hình 1.4: Thành phần hóa học chính của dầu Fennel 23 Hình 1.5: Cấu trúc phân tử LSA 24 Hình 1.6: Cấu trúc hóa học Andrographolid - thành phần chính của dịch chiết lá Kalmegh 25 Hình 1.7: Cấu trúc hóa học NTG 27 Hình 1.8: Cấu trúc hóa học của Penicillin V Kali. 28 Hình 1.9: Cơ chế hấp phụ của Penicillin với bề mặt thép 28 Hình 1.10: Cành, lá, hoa và quả chè. 31 Hình 1.11: Các dẫn xuất catechin thường có trong lá chè xanh 29 Hình 1.12: Cafein(Cofein) 29 Hình 1.13: Cây và hoa thuốc lá. 34 [...]... dạng, hướng nghiên cứu này còn khá mới mẻ, mới bắt đầu trong vài năm gần đây Chính vì vậy, việc nghiên cứu các chất ức chế ăn mòn xanh thân thiện với môi trường từ các cây trồng nhiệt đới là một hướng đi quan trọng và phù hợp với nước ta Do đó chúng tôi chọn đề tài Nghiên cứu tính chất điện hóa và khả năng ức chế ăn mòn thép cacbon thấp trong môi trường axit của một số hợp chất có nguồn gốc tự nhiên Mục... ăn mòn kim loại 2) Chi tiết về ức chế ăn mòn kim loại và ức chế xanh Chương 2: Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu 1) Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 2) Điều chế và khảo sát thành phần hóa học các chất ức chế ăn mòn kim loại 3) Phương pháp nghiên cứu ăn mòn kim loại Chương 3: Kết quả và thảo luận 1) Khảo sát khả năng ức chế ăn mòn thép cacbon bằng các sản phẩm chiết từ các mẫu thực vật 2) Ức chế ăn mòn. .. chè và thuốc lá - Khảo sát khả năng ức chế ăn mòn thép trong môi trường axit của các sản phẩm chiết thu được Lựa chọn sản phẩm chiết ổn định, có hiệu quả ức chế ăn mòn tốt thực hiện các nghiên cứu sâu hơn - Xác định thành phần hóa học của sản phẩm chiết được, tách phân đoạn hoặc tách lấy tinh chất phục vụ nghiên cứu hiệu quả ức chế ăn mòn 3 - Bước đầu giải thích cơ chế ức chế ăn mòn của các chất ức chế. .. vậy, trong thành phần của chất ức chế phải có các nhóm chức có khả năng hấp phụ lên bề mặt kim loại làm thay đổi quá trình điện hóa 1.3.3 Phân loại chất ức chế ăn mòn kim loại Các chất ức chế ăn mòn có thể phân chia thành [22,23]: Chất ức chế thụ động (chất ức chế anot) Chất ức chế thụ động đều là các chất ức chế anot Chúng làm cho đường cong phân cực anot lệch về phía dòng thấp hơn Chúng có khả năng. .. nhiên Mục đích : Tìm kiếm, nghiên cứu đặc trưng điện hóa và khả năng bảo vệ thép cacbon thấp khỏi sự ăn mòn trong môi trường axit của các chất ức chế xanh, có nguồn gốc tự nhiên, thân thiện với môi trường nhằm thay thế một số chất ức chế truyền thống độc hại, gây ô nhiễm môi trường Nội dung nghiên cứu tập trung vào các điểm sau: - Tách, chiết lấy dịch chiết (cao chiết) một số cây trồng phổ biến ở địa... nghiệm và tính toán các thông số nhiệt động học của quá trình Điểm mới của luận án: - Đây là luận án đầu tiên ở Việt Nam tiến hành nghiên cứu về khả năng ức chế ăn mòn kim loại của một số chất ức chế xanh thân thiện môi trường - Chiết, tách được một số chất ức chế ăn mòn có hiệu quả khá cao từ các cây trồng phổ biến tại địa phương: Cao chiết thuốc lá trong nước, cao chiết chè trong nước, cặn nước của. .. Langmuir có hiệu chỉnh hệ số tuyến tính - Tính toán các thông số nhiệt động học quá trình ăn mòn và quá trình hấp phụ của chất ức chế Chứng minh được quá trình hấp phụ là quá trình tự diễn biến (∆G0), năng lượng hoạt hóa quá trình ăn mòn tăng khi dung dịch có mặt chất ức chế Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án Luận án đã khảo sát bằng thực nghiệm một cách hệ thống về khả năng ức chế. .. thời đưa ra cơ chế ăn mòn và ức chế ăn mòn nhôm của dịch chiết Nhóm cũng nghiên cứu dùng nhựa cây (chứa polyme tự nhiên) [50-55] và các polyme tổng hợp [56-59] kết hợp với các ion halogenua làm chất ức chế ăn mòn nhôm trong môi trường kiềm, ức chế ăn mòn thép và nhôm trong môi trường axit Nghiên cứu [53] đã chỉ ra dịch chiết nhựa cây Raphia hookeri trong dung dịch axit 23 hấp phụ lên bề mặt thép tuân theo... nhằm tăng tính năng chống ăn mòn của lớp sơn Nhóm nghiên cứu của tác giả Lê Xuân Quế (Viện kỹ thuật nhiệt đới) cũng đã tách các catechin chè Thái Nguyên và thử nghiệm khả năng ức chế ăn mòn thép trong môi trường axit Nhóm nghiên cứu của tác giả Hoàng Thị Bích Thủy (ĐH Bách Khoa Hà Nội) thì hướng vào vỏ quả họ cam để tách dịch chiết và thử nghiệm ức chế ăn mòn thép trong môi trường axit Đặc biệt trong. .. tế, nguồn gốc và khả năng tìm kiếm, sao cho chúng vừa có khả năng ức chế ăn mòn lại dễ tìm, giá thành chấp nhận được và thân thiện môi trường Đó là điểm xuất phát của xu hường tìm kiếm các chất ức chế xanh hiện nay 1.3.5 Chất ức chế ăn mòn kim loại thân thiện môi trường 1.3.5.1 Khái niệm Theo một số tác giả [22,23,81-86], chất ức chế xanh là những chất ức chế không chứa các kim loại nặng (Cr,As…), có . NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA VÀ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ ĂN MÒN THÉP CACBON THẤP TRONG MÔI TRƯỜNG AXIT CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤ CÓ NGUỒN GỐC TỰ NHIÊN Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý Mã số. trọng và phù hợp với nước ta. Do đó chúng tôi chọn đề tài Nghiên cứu tính chất điện hóa và khả năng ức chế ăn mòn thép cacbon thấp trong môi trường axit của một số hợp chất có nguồn gốc tự nhiên Tìm kiếm, nghiên cứu đặc trưng điện hóa và khả năng bảo vệ thép cacbon thấp khỏi sự ăn mòn trong môi trường axit của các chất ức chế xanh, có nguồn gốc tự nhiên, thân thiện với môi trường nhằm