Luận án: Nghiên cứu tính chất điện hóa và khả năng ức chế ăn mòn thép cacbon thấp bằng hợp chất tự nhiên

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: 62.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. Lê Quốc Hùng 2. Vũ Thị Thu Hà Hà Nội - 2012 T 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.

Tổng quan về ăn mòn kim loại 5 1. Định nghĩa ăn mòn kim loại 5 1. Khái quát về thép 8 1. Các phương pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại 10 1.

Thiết kế hợp lý 10 1. Lựa chọn vật liệu thích hợp 10 1. Xử lý môi trường 10 1. Tạo lớp phủ bảo vệ 11 1.

Phương pháp điện hóa 11 1. Sử dụng các chất ức chế bảo vệ chống ăn mòn kim loại 11 1. Giới thiệu về chất ức chế chống ăn mòn kim loại 11 1. Cơ chế hoạt động của chất ức chế ăn mòn kim loại 2 1.

Phân loại chất ức chế ăn mòn kim loại 14 1. Các chất ức chế ăn mòn kim loại thực tế đã được sử dụng 15 1. Chất ức chế thân thiện môi trường 19 1. Tình hình nghiên cứu về chất ức chế xanh trong và ngoài nước 19 1.

Thuận lợi và hạn chế 9 1. 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. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 36 2. Điều chế và khảo sát thành phần hóa học các chất ức chế ăn 37 mòn kim loại 2.

Điều chế các chất ức chế 37 2. Chiết mẫu thực vật 37 2. Tách cao chiết chè trong nước 38 2. Phương pháp khảo sát thành phần hóa học mẫu thực vật 39 2.

Phương pháp sắc ký lớp mỏng 39 2. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân(NMR) 40 2. Thực nghiệm khảo sát thành phần hóa học các mẫu thực vật 42 2. Phương pháp nghiên cứu ăn mòn kim loại 42 2.1 Các phương pháp nghiên cứu ăn mòn kim loại 42 2.1 Phương pháp quan sát 42 2.2 Phương pháp tổn hao khối lượng 44 2.3 Các phương pháp điện hóa 45 2.

Thực nghiệm nghiên cứu ăn mòn kim loại 50 2. Các loại mẫu kim loại nghiên cứu 50 2. Chuẩn bị mẫu kim loại 50 2.3 Chuẩn bị dung dịch 51 2. Thử nghiệm 52 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THẢO LUẬN 55 3.

Khảo sát ức chế ăn mòn thép bằng các sản phẩm chiết từ các 55 mẫu thực vật 3. Chiết mẫu thực vật 55 3. Khảo sát khả năng ức chế ăn mòn thép của các cao chiết thu được 55 3. Ảnh hưởng của nồng độ cao chiết 56 3.

Ảnh hưởng của nồng độ axit 62 3. Ảnh hưởng của thời gian thử nghiệm 65 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. Ức chế ăn mòn thép CT38 trong môi trường axit bằng các sản 81 phẩm tách từ cao chiết chè trong nước 3.

Tách và khảo sát thành phần hóa học cao chiết chè trong nước 81 3. Tách cao chiết chè trong nước W(C) 81 3. Khảo sát sơ bộ thành phần hóa học các cặn chiết phân đoạn từ cao 82 chiết W(C) 3. Khả năng ức chế ăn mòn thép CT38 trong môi trường axit của các 83 cặn chiết phân đoạn từ cao chiết chè 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. Ảnh hưởng của nồng độ axit và nồng độ cặn chiết 87 3. Ảnh hưởng của thời gian thử nghiệm 89 3. Tách caffein và khảo sát khả năng dùng caffein làm chất ức chế ăn 92 mòn thép CT38 trong môi trường axit 3.

Tách và xác định cofein 92 3. Ảnh hưởng của nồng độ cofein 94 3. Ảnh hưởng của nhiệt độ 100 3. Ảnh hưởng của thời gian thử nghiệm 101 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. Cơ chế hấp phụ 105 3. Nhiệt động học quá trình hấp phụ và quá trình ăn mòn 110 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) Cdl 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 ∆Ghp 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) iam Mật độ dòng ăn mòn (mA/cm2) iđo Mật đo dòng đo được đáp ứng theo thế áp vào (mA/cm2) 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) Qhp Nhiệt hấp phụ Rp Điện trở phân cực (Ω) RS(Rdd) Điện trở dung dịch S Diện tích (cm2) 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, Phổ huỳnh quang tia X ESCA 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 HCl58 1M có mặt các cao chiết ở các nồng độ khác nhau Bảng 3.3: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép so sánh trong môi trường HCl61 1M có mặt các cao chiết ở các nồng độ khác nhau Bảng 3.4: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl64 0,01M có mặt cao chiết W(C) ở các nồng độ khác nhau Bảng 3.5: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl 68 0,01M có mặt W(C) và W(T)ở các nồng độ khác nhau theo thời gian Bảng 3.6: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường 70 HCl 0,01M có mặt các chất ức chế khác nhau theo thời gian (Phương pháp tổn hao khối lượng) Bảng 3.7: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường 73 HCl 0,01M có mặt các chất ức chế khác nhau theo thời gian (Phương pháp điện hóa) 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 85 có mặt các cặn phân đoạn tách từ cao chiết W(C) nồng độ khác nhau Bảng 3.10: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl 88 HCl có mặt cặn W tách từ cao chiết chè W(C) nồng độ khác nhau ở 25oC Bảng 3.11: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl90 0,01M có mặt cặn W nồng độ 1g/l theo thời gian ở 25oC Bảng 3.12: Kết quả phân tích EDS bề mặt thép CT38 ngâm trong dung dịch HCl91 1M có và không có mặt cặn W 5g/l sau 1 giờ ở 25oC Bảng 3.13: Các thông số quá trình thử nghiệm ăn mòn thép CT38 trong môi 94 trường HCl 1M có mặt caffein nồng độ khác nhau ở 25oC theo phương pháp tổn hao khối lượng Bảng 3.14 Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl96 1M có mặt caffein nồng độ khác nhau ở 25oC theo phương pháp điện hóa Bảng 3.15: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl 98 1M có mặt caffein nồng độ khác nhau ở 25oC theo phương pháp tổng trở Bảng 3.16: Kết quả phân tích EDS bề mặt thép CT38 ngâm trong dung dịch100 HCl 1M có và không có mặt caffein 3g/l sau 1 giờ ở 25oC Bảng 3.17: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl102 1M có mặt caffein nồng độ 3g/l ở nhiệt độ khác nhau Bảng 3.