Luận văn thạc sĩ nghiên cứu điều chế và khả năng ức chế chống ăn mòn kim loại trong môi trường chất điện li của một số hợp chất hữu cơ

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu điều chế và khả năng ức chế ăn mòn kim loại trong môi trường chất điện li của các hợp chất hữu cơ hiệu quả.

• Tác giả: Nguyễn Trọng Dân
• Người hướng dẫn: PGS. Trịnh Xuân Sén
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý
• Đề tài: Nghiên Cứu Điều Chế Và Khả Năng Ức Chế Chống Ăn Mòn Kim Loại Trong Môi Trường Chất Điện Li Của Một Số Hợp Chất Hữu Cơ
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Khái quát về ăn mòn kim loại
• 1.2. Khái niệm về ăn mòn kim loại
• 1.3. Phân loại các quá trình ăn mòn kim loại
• 1.4. Tiêu chuẩn đánh giá độ ăn mòn
• 1.5. Các phương pháp chống ăn mòn kim loại
• 1.5.1. Chọn và chế tạo vật liệu có độ bền vững chống ăn mòn cao
• 1.5.2. Cách ly kim loại với môi trường
• 1.5.3. Các phương pháp bảo vệ điện hoá
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Chuẩn bị thí nghiệm. Thiết bị và dụng cụ. Hoá chất sử dụng
• 2.2. Đối tượng khảo sát
• 2.3. Tổng hợp 2-benzyliden-N-phenylhydrazincacbothioamit và dẫn xuất của nó
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả tổng hợp 2-benzyliden-N-phenylhydrazincacbothioamit và dẫn xuất của nó (DBP)
• 3.2. Kết quả đánh giá khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 trong môi trường HCl 2M của các hợp chất DBP bằng phương pháp mất khối lượng
• 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ các chất MBP, HBP, ISPBP, BBP, BP, NBP đến tốc độ ăn mòn thép CT3 trong môi trường HCl 2M
• 3.4. Kết quả đánh giá khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 của DBP trong môi trường HCl 2M bằng phương pháp đo đường cong phân cực
• 3.5. Kết quả đánh giá khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 của DBP trong môi trường NaCl 3,5% bằng phương pháp đo đường cong phân cực
• 3.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình ăn mòn thép CT3 trong môi trường HCl 2M
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu điều chế hợp chất hữu cơ chống ăn mòn

Nghiên cứu điều chế và khả năng ức chế chống ăn mòn kim loại trong môi trường chất điện li của một số hợp chất hữu cơ là một lĩnh vực quan trọng trong hóa học và công nghệ vật liệu. Ăn mòn kim loại không chỉ gây thiệt hại về kinh tế mà còn ảnh hưởng đến an toàn trong nhiều lĩnh vực. Việc tìm kiếm các chất ức chế hiệu quả có thể giúp bảo vệ kim loại khỏi sự ăn mòn, từ đó kéo dài tuổi thọ của các thiết bị và công trình. Các hợp chất hữu cơ được nghiên cứu trong luận văn này có khả năng tạo ra lớp bảo vệ trên bề mặt kim loại, ngăn chặn sự tiếp xúc với môi trường ăn mòn.

1.1. Khái niệm về ăn mòn kim loại và tác động của nó

Ăn mòn kim loại là quá trình phá hủy kim loại do tác động của môi trường xung quanh. Quá trình này có thể xảy ra dưới nhiều hình thức khác nhau, bao gồm ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa. Sự ăn mòn không chỉ làm giảm tuổi thọ của kim loại mà còn gây ra những thiệt hại lớn về kinh tế. Theo thống kê, ăn mòn gây tổn thất lên đến 3% tổng sản phẩm quốc gia.

1.2. Tầm quan trọng của việc nghiên cứu chất ức chế ăn mòn

Việc nghiên cứu và phát triển các chất ức chế ăn mòn là rất cần thiết trong công nghiệp. Các chất này giúp bảo vệ kim loại khỏi sự ăn mòn, từ đó giảm thiểu chi phí bảo trì và thay thế thiết bị. Nghiên cứu này không chỉ có ý nghĩa về mặt kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu ăn mòn kim loại

Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về ăn mòn kim loại, nhưng vẫn còn nhiều thách thức trong việc phát triển các chất ức chế hiệu quả. Một trong những vấn đề lớn nhất là sự đa dạng của môi trường ăn mòn, từ axit đến muối, mỗi loại đều có những đặc điểm riêng. Điều này đòi hỏi các nhà nghiên cứu phải tìm ra các hợp chất có khả năng hoạt động hiệu quả trong nhiều điều kiện khác nhau.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ăn mòn

Quá trình ăn mòn kim loại chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như độ pH, nhiệt độ, nồng độ ion trong dung dịch và tính chất của kim loại. Những yếu tố này có thể làm tăng hoặc giảm tốc độ ăn mòn, từ đó ảnh hưởng đến hiệu quả của các chất ức chế.

2.2. Thách thức trong việc phát triển chất ức chế mới

Việc phát triển các chất ức chế mới đòi hỏi sự kết hợp giữa hóa học hữu cơ và hóa học vật liệu. Các chất ức chế cần phải có khả năng tương tác tốt với bề mặt kim loại và không gây hại cho môi trường. Điều này tạo ra một thách thức lớn cho các nhà nghiên cứu trong việc tìm kiếm và tối ưu hóa các hợp chất.

III. Phương pháp nghiên cứu điều chế hợp chất hữu cơ chống ăn mòn

Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp hóa học để tổng hợp các hợp chất hữu cơ 2-benzyliden-N-phenylhydrazincacbothioamit và các dẫn xuất của nó. Các hợp chất này được đánh giá khả năng ức chế ăn mòn kim loại trong môi trường chất điện li như HCl 2M và NaCl 3,5%. Phương pháp nghiên cứu bao gồm cả phương pháp khối lượng và phương pháp điện hóa.

3.1. Quy trình tổng hợp hợp chất hữu cơ

Quy trình tổng hợp các hợp chất hữu cơ được thực hiện qua nhiều bước, bao gồm phản ứng giữa các nguyên liệu hóa học trong điều kiện kiểm soát chặt chẽ. Các sản phẩm thu được sẽ được phân tích và xác định cấu trúc bằng các phương pháp như phổ hồng ngoại và phổ khối lượng.

3.2. Đánh giá khả năng ức chế ăn mòn

Khả năng ức chế ăn mòn của các hợp chất được đánh giá thông qua các thí nghiệm trong môi trường HCl 2M và NaCl 3,5%. Các phương pháp như đo khối lượng và đo đường cong phân cực sẽ được sử dụng để xác định hiệu quả của các chất ức chế.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy các hợp chất 2-benzyliden-N-phenylhydrazincacbothioamit có khả năng ức chế ăn mòn kim loại hiệu quả trong môi trường chất điện li. Các thí nghiệm cho thấy rằng nồng độ của chất ức chế có ảnh hưởng lớn đến tốc độ ăn mòn của thép CT3. Kết quả này mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các chất ức chế ăn mòn trong công nghiệp.

4.1. Kết quả đánh giá khả năng ức chế ăn mòn

Các thí nghiệm cho thấy rằng nồng độ chất ức chế càng cao thì khả năng ức chế ăn mòn càng tốt. Kết quả từ phương pháp đo khối lượng và đo đường cong phân cực đều cho thấy sự giảm đáng kể tốc độ ăn mòn của thép CT3 khi có mặt các hợp chất này.

4.2. Ứng dụng trong công nghiệp

Các hợp chất ức chế này có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như xây dựng, sản xuất thiết bị và bảo trì công nghiệp. Việc sử dụng các chất ức chế hiệu quả sẽ giúp giảm thiểu chi phí bảo trì và kéo dài tuổi thọ của thiết bị.

V. Kết luận và triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu điều chế và khả năng ức chế chống ăn mòn kim loại trong môi trường chất điện li của các hợp chất hữu cơ đã cho thấy những kết quả khả quan. Tuy nhiên, vẫn cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa các hợp chất và mở rộng ứng dụng của chúng trong thực tiễn. Các nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc phát triển các chất ức chế mới với hiệu quả cao hơn và ít tác động đến môi trường.

5.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các hợp chất mới với cấu trúc khác nhau để tăng cường khả năng ức chế ăn mòn. Việc nghiên cứu các hợp chất tự nhiên cũng có thể là một hướng đi tiềm năng.

5.2. Tác động đến môi trường và kinh tế

Việc phát triển các chất ức chế ăn mòn không chỉ giúp bảo vệ kim loại mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Các chất ức chế an toàn và hiệu quả sẽ giúp giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ tài nguyên thiên nhiên.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ăn mòn kim loại là một vấn đề nghiêm trọng trong công nghiệp và xây dựng dân dụng, gây thiệt hại kinh tế lên đến khoảng 3% tổng sản phẩm quốc nội theo đánh giá của Liên Hợp Quốc. Ở Việt Nam, với khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, hiện tượng ăn mòn kim loại diễn ra phổ biến và ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ của thiết bị, công trình cũng như hệ sinh thái. Do đó, nghiên cứu các biện pháp chống ăn mòn, đặc biệt là sử dụng các chất ức chế ăn mòn trong môi trường chất điện li, có ý nghĩa thiết thực và cấp bách.

Luận văn tập trung vào việc điều chế và đánh giá khả năng ức chế ăn mòn của một số hợp chất hữu cơ thuộc nhóm 2-benzyliden-N-phenylhydrazincacbothioamit (DBP) và các dẫn xuất của nó trên thép CT3 trong môi trường dung dịch HCl 2M và NaCl 3,5%. Mục tiêu cụ thể là tổng hợp các hợp chất DBP, khảo sát hiệu quả ức chế ăn mòn bằng phương pháp mất khối lượng và đo đường cong phân cực điện hóa, đồng thời nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình ăn mòn trong môi trường axit. Thời gian nghiên cứu tập trung vào các thí nghiệm thực hiện ở nhiệt độ phòng (30°C) và các mức nhiệt độ từ 303K đến 333K.

Nghiên cứu này góp phần cung cấp các hợp chất ức chế ăn mòn có hiệu quả cao, giá thành thấp, thân thiện với môi trường, phù hợp với điều kiện khí hậu và môi trường làm việc tại Việt Nam. Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng trong công nghiệp dầu khí, xây dựng công trình biển và các hệ thống xử lý nước công nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết về ăn mòn kim loại, đặc biệt là ăn mòn điện hóa trong môi trường chất điện li. Hai loại ăn mòn chính được phân tích là ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa. Ăn mòn điện hóa được mô tả như một quá trình oxy hóa-khử dị thể xảy ra trên bề mặt kim loại, với các vùng anot và catot phân biệt, tạo thành dòng điện ăn mòn. Các chỉ tiêu đánh giá mức độ ăn mòn bao gồm: tốc độ ăn mòn, chỉ tiêu khuynh hướng ăn mòn, chỉ tiêu vết ăn mòn, chỉ tiêu dòng điện ăn mòn (iăm), và các chỉ tiêu thay đổi tính chất cơ học, điện trở, phản xạ do ăn mòn.

Ngoài ra, luận văn áp dụng mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir để giải thích cơ chế hấp phụ của các chất ức chế hữu cơ lên bề mặt thép, từ đó làm giảm tốc độ ăn mòn. Các hợp chất DBP có cấu trúc phân tử chứa các nhóm chức như N(NH), S(C=S), C=N và hai vòng benzen, giúp tăng khả năng hấp phụ và ức chế ăn mòn.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thu thập từ các thí nghiệm tổng hợp hợp chất DBP và các dẫn xuất, đánh giá khả năng ức chế ăn mòn trên thép CT3 trong dung dịch HCl 2M và NaCl 3,5%. Cỡ mẫu gồm các mẫu thép CT3 kích thước 2x5x0,1 cm, được xử lý bề mặt chuẩn, cân chính xác và đo diện tích bề mặt.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Phương pháp mất khối lượng: Ngâm mẫu thép trong dung dịch ăn mòn có và không có chất ức chế trong 24 giờ ở 30°C, sau đó cân lại để xác định độ giảm khối lượng, tính hiệu quả ức chế ăn mòn theo phần trăm giảm tốc độ ăn mòn.
• Phương pháp điện hóa - đo đường cong phân cực: Sử dụng thiết bị AUTOLAB 30 để đo đường cong phân cực của điện cực thép CT3 diện tích 1 cm² trong dung dịch ăn mòn với các nồng độ chất ức chế khác nhau. Từ đó xác định mật độ dòng ăn mòn (iam) và hiệu quả bảo vệ.
• Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ: Thí nghiệm mất khối lượng được thực hiện ở các nhiệt độ 303K, 313K, 323K và 333K để xác định năng lượng hoạt hóa của quá trình ăn mòn theo phương trình Arrhenius.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2012, với các giai đoạn tổng hợp hợp chất, thí nghiệm đánh giá khả năng ức chế và phân tích dữ liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu suất tổng hợp hợp chất DBP cao: Các hợp chất 2-benzyliden-N-phenylhydrazincacbothioamit và dẫn xuất được tổng hợp với hiệu suất từ 87% đến 94%, nhiệt độ nóng chảy từ 146°C đến 226°C, đảm bảo độ tinh khiết cao qua phổ hồng ngoại và phổ khối lượng.

2. Khả năng ức chế ăn mòn trong dung dịch HCl 2M: Hiệu quả bảo vệ thép CT3 tăng theo nồng độ chất ức chế, đạt mức tối đa khoảng 76% đến 95% ở nồng độ 10⁻⁴ M tùy loại hợp chất. Cụ thể, hợp chất MBP đạt hiệu quả bảo vệ cao nhất 95%, tiếp theo là HBP (89%), ISPBP (86%), BBP (83%), BP (81%) và NBP (76%). Kết quả này được xác nhận đồng nhất qua phương pháp mất khối lượng và đo đường cong phân cực.

3. Khả năng ức chế trong dung dịch NaCl 3,5%: Các hợp chất cũng thể hiện hiệu quả ức chế ăn mòn hỗn hợp, với hiệu quả bảo vệ đạt từ 64% đến 80% ở nồng độ 10⁻⁴ M. MBP vẫn là hợp chất có hiệu quả cao nhất (80%), tiếp theo là HBP (75%), ISPBP (71%), BBP (68%), BP (66%) và NBP (64%).

4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ ăn mòn: Tốc độ ăn mòn thép CT3 trong dung dịch HCl 2M tăng theo nhiệt độ từ 303K đến 333K. Năng lượng hoạt hóa của quá trình ăn mòn được xác định qua đồ thị lnQ phụ thuộc 1/T, cho thấy sự gia tăng năng lượng hoạt hóa khi có chất ức chế, chứng tỏ chất ức chế làm chậm quá trình ăn mòn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân hiệu quả ức chế ăn mòn của các hợp chất DBP được giải thích bởi cơ chế hấp phụ lên bề mặt thép, che phủ các vị trí hoạt động và làm giảm tốc độ phản ứng oxy hóa sắt và khử ion H⁺. Sự khác biệt hiệu quả giữa các dẫn xuất liên quan đến kích thước phân tử và mật độ điện tích trên các nhóm chức, ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, các hợp chất DBP có ưu điểm về hiệu quả ức chế cao, chi phí tổng hợp thấp do nguyên liệu đầu vào phổ biến (anilin), và thân thiện với môi trường hơn so với các chất ức chế hữu cơ phức tạp khác. Kết quả cũng phù hợp với mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, thể hiện sự bão hòa hấp phụ ở nồng độ cao.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ đường cong phân cực và bảng tổng hợp hiệu quả bảo vệ theo nồng độ, giúp minh họa rõ ràng xu hướng tăng hiệu quả ức chế và ảnh hưởng của nhiệt độ.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Ứng dụng hợp chất MBP làm chất ức chế ăn mòn trong công nghiệp dầu khí và xây dựng công trình biển: Triển khai thử nghiệm quy mô công nghiệp trong vòng 1-2 năm để đánh giá hiệu quả thực tế và độ bền lâu dài.

2. Phát triển quy trình tổng hợp hợp chất DBP với chi phí thấp và quy mô lớn: Tối ưu hóa quy trình tổng hợp nhằm nâng cao hiệu suất và giảm chi phí sản xuất, thực hiện trong 12 tháng bởi các phòng thí nghiệm hóa học công nghiệp.

3. Nghiên cứu phối hợp các hợp chất DBP với các biện pháp bảo vệ khác như phủ lớp phủ kim loại hoặc bảo vệ điện hóa: Mục tiêu tăng cường hiệu quả bảo vệ, giảm thiểu tác động môi trường, tiến hành trong 18 tháng với sự phối hợp giữa các viện nghiên cứu và doanh nghiệp.

4. Xây dựng hệ thống giám sát và kiểm soát nồng độ chất ức chế trong các hệ thống xử lý nước và môi trường làm việc: Đảm bảo duy trì nồng độ chất ức chế trong giới hạn hiệu quả, tránh hiện tượng ăn mòn điểm do nồng độ thấp, triển khai trong 6 tháng tại các nhà máy sử dụng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa học và Kỹ thuật vật liệu: Nghiên cứu cơ chế ăn mòn và phát triển chất ức chế mới, áp dụng phương pháp phân tích điện hóa và hóa học hữu cơ.

2. Doanh nghiệp sản xuất và bảo trì thiết bị công nghiệp: Áp dụng các hợp chất ức chế ăn mòn để kéo dài tuổi thọ thiết bị, giảm chi phí bảo trì và thay thế.

3. Các cơ quan quản lý môi trường và an toàn công nghiệp: Đánh giá tác động môi trường của các chất ức chế ăn mòn, xây dựng tiêu chuẩn sử dụng an toàn và thân thiện.

4. Ngành công nghiệp dầu khí và xây dựng công trình biển: Ứng dụng các hợp chất ức chế trong môi trường ăn mòn khắc nghiệt, nâng cao hiệu quả bảo vệ và giảm thiểu rủi ro kỹ thuật.

Câu hỏi thường gặp

1. Chất ức chế ăn mòn là gì và cơ chế hoạt động của chúng?
   Chất ức chế ăn mòn là hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ được thêm vào môi trường ăn mòn để làm giảm tốc độ ăn mòn kim loại. Cơ chế chính là hấp phụ lên bề mặt kim loại, che phủ các vị trí hoạt động, làm giảm phản ứng oxy hóa và khử. Ví dụ, các hợp chất DBP hấp phụ lên thép CT3 làm giảm dòng điện ăn mòn.

2. Tại sao lại chọn thép CT3 làm mẫu khảo sát?
   Thép CT3 là loại thép phổ biến trong công nghiệp, có thành phần Fe chiếm 99,037%, dễ bị ăn mòn trong môi trường axit và muối. Do đó, nó là mẫu điển hình để đánh giá hiệu quả của các chất ức chế ăn mòn trong thực tế.

3. Phương pháp mất khối lượng và đo đường cong phân cực khác nhau như thế nào?
   Phương pháp mất khối lượng đo trực tiếp sự hao hụt khối lượng mẫu sau thời gian ngâm, đơn giản và dễ thực hiện. Phương pháp đo đường cong phân cực điện hóa xác định mật độ dòng ăn mòn và hiệu quả ức chế thông qua phân tích điện hóa, cho kết quả nhanh và chi tiết hơn về cơ chế ăn mòn.

4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu quả ức chế ăn mòn ra sao?
   Nhiệt độ tăng làm tăng tốc độ ăn mòn do tăng động năng phân tử và phản ứng hóa học. Các chất ức chế làm tăng năng lượng hoạt hóa của quá trình ăn mòn, giúp giảm tốc độ ăn mòn ngay cả khi nhiệt độ cao. Tuy nhiên, hiệu quả ức chế có thể giảm ở nhiệt độ quá cao do sự phân hủy hoặc giảm hấp phụ của chất ức chế.

5. Các hợp chất DBP có thân thiện với môi trường không?
   Các hợp chất DBP được tổng hợp từ nguyên liệu anilin phổ biến, có giá thành thấp và ít độc hại hơn so với nhiều chất ức chế hữu cơ phức tạp khác. Tuy nhiên, cần đánh giá thêm về khả năng phân hủy sinh học và tác động môi trường trong các ứng dụng thực tế.

Kết luận

• Đã tổng hợp thành công các hợp chất 2-benzyliden-N-phenylhydrazincacbothioamit và dẫn xuất với hiệu suất cao (87-94%) và độ tinh khiết đảm bảo.
• Các hợp chất DBP thể hiện khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 hiệu quả trong dung dịch HCl 2M và NaCl 3,5%, với hiệu quả bảo vệ đạt đến 95% ở nồng độ 10⁻⁴ M.
• Hiệu quả ức chế tăng theo nồng độ và giảm tốc độ ăn mòn thông qua cơ chế hấp phụ hỗn hợp lên bề mặt kim loại.
• Nhiệt độ ảnh hưởng rõ rệt đến tốc độ ăn mòn, nhưng các chất ức chế làm tăng năng lượng hoạt hóa, giúp giảm tốc độ ăn mòn ở nhiệt độ cao.
• Đề xuất ứng dụng hợp chất MBP trong công nghiệp và phát triển quy trình tổng hợp, phối hợp các biện pháp bảo vệ khác để nâng cao hiệu quả chống ăn mòn.

Tiếp theo, cần triển khai thử nghiệm quy mô công nghiệp và nghiên cứu lâu dài về tính ổn định, tác động môi trường của các hợp chất DBP. Mời các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp quan tâm phối hợp phát triển ứng dụng thực tiễn nhằm giảm thiểu thiệt hại do ăn mòn kim loại gây ra.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Trong công nghiệp cũng như xây dựng dân dụng, kim loại đã được sử dụng từ lâu và rất phổ biến. Một vấn đề đặt ra là khi kim loại tiếp xúc với môi trường xung quanh, sự ăn mòn xảy ra thường xuyên dẫn đến giảm tuổi thọ của các thiết bị, công trình, gây tổn thất cho hệ sinh thái và thiệt hại cho nền kinh tế quốc dân. Theo đánh giá của liên hợp quốc, ăn mòn làm tổn thất đến 3% tổng sản phẩm quốc gia. Bởi vậy, nghiên cứu về ăn mòn và bảo vệ kim loại đã được quan tâm từ rất lâu.

Việt Nam là nước có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, việc nghiên cứu ăn mòn và bảo vệ kim loại là rất cần thiết. Có rất nhiều biện pháp khác nhau được sử dụng để hạn chế đến mức thấp nhất những thiệt hại do ăn mòn gây ra. Một trong những biện pháp đó là việc sử dụng các chất ức chế để bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn. Để góp phần vào lĩnh vực nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu điều chế và khả năng ức chế chống ăn mòn kim loại trong môi trường chất điện li của một số hợp chất hữu cơ.” Đề tài bao gồm các nội dung sau: 1.

Tổng hợp các hợp chất hữu cơ 2-benzyliden-N-phenyl hydrazin cacbothioamit và dẫn xuất của nó(DBP). Tiến hành khảo sát khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 trong môi trường chất điện li là dung dịch HCl 2M, NaCl 3,5% của các hợp chất trên bằng phương pháp khối lượng và phương pháp điện hoá. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 trong môi trường axit HCl 2M của hợp chất trên. 1 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.

Khái quát về ăn mòn kim loại [6, 10, 11, 13] 1. Khái niệm về ăn mòn kim loại Ăn mòn kim loại là sự phá huỷ kim loại hoặc hợp kim do tác động lí hoá học của môi trường xung quanh. Hậu quả của sự ăn mòn kim loại là nguyên tử kim loại bị oxi hoá thành ion kim loại và mất đi những tính chất quý của kim loại: M - ne = Mn+ 1. Phân loại các quá trình ăn mòn kim loại Căn cứ vào môi trường và cơ chế của sự ăn mòn kim loại, người ta phân làm hai loại chính là ăn mòn hoá học và ăn mòn điện hoá.

Ăn mòn hoá học [1, 6, 7] Ăn mòn hoá học là sự phá huỷ kim loại bởi phản ứng hoá học dị thể giữa bề mặt kim loại và môi trường phản ứng ở nhiệt độ cao. Kim loại bị chuyển thành ion kim loại và đi vào môi trường trong cùng một giai đoạn. Môi trường phản ứng là những chất khí có tính oxi hoá cao, ví dụ khí O2, khí Cl2, khí CO… Sự phá huỷ kim loại do các dung môi không nước cũng diễn ra theo cơ chế này. Đặc điểm của ăn mòn hóa học là không phát sinh dòng điện và nhiệt độ càng cao thì tốc độ ăn mòn càng lớn.

Ví dụ: quá trình oxy hoá kim loại bằng khí oxy (hoặc các khí khác như SO 2, các khí halogen, hơi H2O…) xảy ra ở nhiệt độ cao. Ăn mòn điện hoá [9, 10, 11] Ăn mòn điện hoá là sự phá huỷ kim loại do sự tương tác hoá học giữa kim loại và dung dịch chất điện li. Nói một cách khác là: sự ăn mòn điện hoá là phản ứng oxy hoá khử dị thể xảy ra trên bề mặt giới hạn tiếp xúc giữa kim loại và dung dịch chất điện li tại hai khu vực khác nhau: khu anot và khu catot có giá trị thế dương hơn khu anot. 2 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] * Quá trình ăn mòn điện hoá xảy ra tương tự sự hoạt động của một pin điện bị khép kín mạch.

Trên bề mặt kim loại tồn tại các vùng anot và catot là do sự chênh lệch về thế trên bề mặt giới hạn pha (do sự có mặt của phụ gia hợp kim, do sự lệch mạng các tinh thể kim loại. Các phản ứng xảy ra như sau: Vùng anot xảy ra quá trình oxi hóa tức là kim loại bị hoà tan: Me - ne  Men+ Ion kim loại trên bề mặt điện cực chuyển vào dung dịch đồng thời có electron dư trên kim loại. Các electron dư ở vùng anot được dịch chuyển đến vùng catot trên bề mặt kim loại. Vùng catot xảy ra các phản ứng: - Nếu môi trường ăn mòn là axít thì phản ứng catốt xảy ra nH+ + ne  n/2H2 - Nếu môi trường là trung tính có dư khí O2 trên catốt xảy ra phản ứng n/4O2 + n/2H2O + ne = nOH - Do hai quá trình anốt và catốt diễn ra liên tục nên kim loại bị phá huỷ dần dần.

Ở quá trình anốt xảy ra sự oxy hoá kim loại trong khi ở quá trình catốt xảy ra sự khử các chất khử phân cực (chất nhận e). Quá trình chuyển kim loại thành ion gọi là quá trình anốt, nó luôn gắn liền với quá trình catốt - sự khử ion H+ hoặc O2 đồng thời sinh ra dòng điện. * Điều kiện xảy ra ăn mòn điện hoá - Các kim loại không nguyên chất hoặc hợp kim: kim loại-phi kim (gang, thép) hình thành các cặp điện cực khác nhau. - Các điện cực đó tiếp xúc với dung dịch chất điện li.

- Các điện cực tiếp xúc với nhau (trực tiếp hoặc gián tiếp) * Phân loại ăn mòn điện hoá, dựa theo hai qua điểm: Phụ thuộc vào môi trường ăn mòn: - Ăn mòn khí quyển: nghĩa là ăn mòn các kim loại trong khí quyển hay các khí ẩm ướt khác. - Ăn mòn trong chất điện li: axit, bazơ, muối… 3 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] - Ăn mòn dưới đất: ăn mòn kim loại đặt dưới mặt đất. - Ăn mòn điện: do dòng điện hay dòng lang thang. - Ăn mòn dưới tác dụng của áp lực: tác động cơ học như sự gãy nứt do quá tải của cầu sắt, cầu trục… - Ăn mòn sinh vật học: gây ra do các vi sinh vật hay những sản phẩm chuyển hoá của chúng.

Theo trạng thái bề mặt kim loại: Theo cách này, ăn mòn được phân ra làm 3 nhóm. Nhóm 1: sự ăn mòn đồng đều (uniform corrosion) - Ăn mòn nứt (crevice corrosion) - Ăn mòn điện hoá (galvanic corrosion) - Ăn mòn điểm (pitting corrosion) Nhóm 2: Ăn mòn bổ sung. - Sự ăn mòn do mài mòn hay sự ăn mòn phong hoá (erosion corrosion) - Sự ăn mòn tạo lỗ hổng (cavitation) - Sự ăn mòn làm mòn (gặm mòn dần-fretting corrosion) - Sự ăn mòn giữa các tinh thể (intergranuar corrosion) Nhóm 3: phân loại thông qua kính hiển vi điện tử hay quang học - Sự tróc mảng (exfoliation) - Sự ăn mòn chọn lọc (có chọn lọc-Dealloying selective leaching) - Sự ăn mòn bẻ gẫy (stress corrosion cracking) - Sự ăn mòn mỏi làm giảm sự chịu đựng của kim loại (corrosion fatigue) * Một số dạng ăn mòn (a) (b) (c) (d) (e) (f) Hình 1.1: Một số dạng ăn mòn 4 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Chú thích (a): Ăn mòn đều trên bề mặt (b): Ăn mòn không đều trên bề mặt (c): Ăn mòn hang hốc (d): Ăn mòn điểm (e): Ăn mòn giữa các tinh thể (f): Ăn mòn xuyên tinh 1. Tiêu chuẩn đánh giá độ ăn mòn [8, 11] Có 9 chỉ tiêu đánh giá mức độ ăn mòn của kim loại (đánh giá định lượng) 1.

Chỉ tiêu khuynh hướng ăn mòn (kr) Là thời gian tính bằng giờ hoặc ngày xuất hiện vết ăn mòn đầu tiên trên một diện tích nhất định của bề mặt kim loại. Chỉ tiêu vết ăn mòn (kn) Là lượng vết ăn mòn xuất hiện trên một đơn vị diện tích trong một thời gian xác định t. Chỉ tiêu chiều sâu ăn mòn (P) Là chiều sâu phá huỷ (trung bình hoặc cực đại) trên bề mặt mẫu kim loại trong một thời gian xác định: Q Q: là tốc độ ăn mòn đơn vị g/m2.giờ P ở đó d d: là khối lượng riêng của kim loại đơn vị g/cm3 Vì vậy thứ nguyên của P là mm/năm 1. Chỉ tiêu thay đổi khối lượng Là sự thay đổi khối lượng của mẫu kim loại bị ăn mòn trên diện tích bề mặt kim loại trong thời gian t.

Có hai chỉ tiêu thay đổi khối lượng: - Chỉ tiêu giảm khối lượng: k m  m t  g / m 2 .h  m - Chỉ tiêu tăng khối lượng: k m  t 5 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Trong đó: m: là trị số hao hụt khối lượng mẫu trên 1 đơn vị diện tích t: Thời gian làm thí nghiệm 1. Chỉ tiêu thể tích ăn mòn k tt  V s.h  Trong đó: V: Là thể tích hấp thụ hoặc thoát ra trong quá trình ăn mòn trên diện tích bề mặt mẫu t: Trong thời gian làm thí nghiệm s: Diện tích bề mặt 1. Chỉ tiêu dòng điện ăn mòn (iăm) Là mật độ dòng điện tương ứng với tốc độ của quá trình ăn mòn kim loại nhất định, đơn vị tính mA/cm2 (hoặc A/cm2). Chỉ tiêu thay đổi tính chất cơ học do ăn mòn Là sự thay đổi các chỉ tiêu cơ học của vật liệu do tác dụng ăn mòn của môi trường trong khoảng thời gian nhất định.

Chỉ tiêu thay đổi điện trở Là sự thay đổi điện trở của mẫu kim loại bị ăn mòn trong thời gian nhất định R KR  .100% RO Trong đó: KR: Chỉ tiêu thay đổi điện trở ∆R: Trị số thay đổi điện trở RO: Trị số điện trở của mẫu không bị ăn mòn 1. Chỉ tiêu phản xạ do ăn mòn Là sự thay đổi khả năng phản xạ của bề mặt kim loại trong thời gian bị ăn mòn. Các phƣơng pháp chống ăn mòn kim loại [6, 10, 11, 13, 19, 21, 22] 1. Chọn và chế tạo vật liệu có độ bền vững chống ăn mòn cao Việc lựa chọn vật liệu có độ bền chống ăn mòn cho từng loại môi trường là vấn đề rất có ý nghĩa về mặt chống ăn mòn kim loại.

Một số kim loại của nhóm platin, vàng, đồng, niken, molipđen có độ bền nhiệt động cao trong môi trường axit 6 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] không có tính oxi hoá. Những kim loại dễ đi vào trạng thái thụ động: crôm, hợp kim chứa crôm, thép chống ăn mòn chứa titan, nhôm. Những kim loại có khả năng tạo lớp sản phẩm ăn mòn, lớp này có khả năng bảo vệ chống sự ăn mòn tiếp theo: đồng, kẽm, thiếc. Bên cạnh việc lựa chọn vật liệu, việc chế tạo vật liệu mới có độ bền chống ăn mòn cao lại càng có ý nghĩa thực tế.

Để có hợp kim có độ bền chống ăn mòn cao người ta thường sử dụng các phụ gia.