Đồ án hcmute nghiên cứu tính chất ức chế và hiệp trợ ức chế ăn mòn của hợp chất imidazoline và nanô curcumin cho thép cacbon trong dung dịch nacl 3 5 wt

Đồ án nghiên cứu hcmute nghiên cứu tính chất ức chế và hiệp trợ ức chế ăn mòn của hợp chất imidazoline và nanô, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài toán

• Tác giả: Lê Văn Tài
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Đăng Nam
• Trường học: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Vật liệu
• Đề tài: Nghiên cứu ức chế ăn mòn thép cacbon bằng imidazoline và nanô curcumin trong dung dịch NaCl
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• Nhiệm vụ khóa luận tốt nghiệp
• Nhận xét của giáo viên hướng dẫn
• Nhận xét của giáo viên phản biện
• Lời cảm ơn
• Lời cam đoan
• Mục lục
• Danh sách các chữ viết tắt
• Danh sách các hình ảnh, biểu đồ
• 1. LỜI MỞ ĐẦU
• 1.1. Tổng quan về thép cacbon và ứng dụng
• 1.2. Ăn mòn trong dung dịch điện li
• 1.3. Các phương pháp chống ăn mòn
• 1.3.1. Sử dụng yếu tố hợp kim
• 1.3.2. Phương pháp điện hóa
• 1.4. Chất ức chế ăn mòn
• 1.4.1. Khái niệm về chất ức chế ăn mòn
• 1.4.2. Phân loại chất ức chế
• 1.4.3. Giới thiệu hợp chất imidazoline và nanô curcumin
• 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Mẫu, hóa chất và thiết bị
• 2.3. Chất ức chế. Thiết bị đo đạc và thực nghiệm
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4.1. Phương pháp điện hóa
• 2.4.1.1. Tổng trở điện hóa (EIS)
• 2.4.1.2. Phân cực thế động
• 2.4.2. Các phương pháp phân tích bề mặt
• 2.4.2.1. Hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.4.2.2. Quang phổ hồng ngoại (FTIR)
• 2.4.2.3. Phổ quang điện tử tia X (XPS)
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả phân tích điện hóa
• 3.2. Kết quả phân tích bề mặt
• 3.3. Cơ chế ăn mòn, ức chế và hiệp trợ ức chế của imidazoline và nanô curcumin
• 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về thép cacbon và ứng dụng

Thép cacbon là một hợp kim chủ yếu bao gồm sắt và cacbon, với các thành phần phụ trợ khác. Loại thép này nổi bật với độ cứng và độ dẻo cao, cùng với chi phí sản xuất thấp, khiến nó trở thành lựa chọn phổ biến trong nhiều lĩnh vực. Các ứng dụng của thép cacbon rất đa dạng, từ sản xuất chi tiết máy, xây dựng, đến các vật dụng gia đình. Đặc biệt, thép cacbon được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hóa chất và dầu khí, nơi mà các đường ống và bể chứa thường xuyên tiếp xúc với môi trường ăn mòn. Tuy nhiên, thép cacbon có khả năng chống ăn mòn kém, đặc biệt là trong môi trường chứa ion clorua, như nước biển. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp ức chế ăn mòn cho thép cacbon là rất cần thiết.

II. Ăn mòn trong dung dịch điện li

Ăn mòn là hiện tượng phá hủy bề mặt vật liệu do các phản ứng hóa học xảy ra giữa kim loại và môi trường. Trong dung dịch điện li, ăn mòn xảy ra chủ yếu thông qua các phản ứng ôxy hóa - khử. Môi trường chứa ion clorua, như dung dịch NaCl, có thể làm tăng tốc độ ăn mòn của thép cacbon. Nghiên cứu này tập trung vào việc khảo sát cơ chế ăn mòn của thép cacbon trong dung dịch NaCl 3,5 wt.%, mô phỏng điều kiện tương tự như nước biển. Việc hiểu rõ cơ chế ăn mòn sẽ giúp phát triển các biện pháp hiệu quả để bảo vệ bề mặt thép khỏi sự hư hại do ăn mòn.

III. Các phương pháp chống ăn mòn

Có nhiều phương pháp để giảm thiểu ăn mòn, bao gồm việc sử dụng các chất ức chế ăn mòn. Imidazoline là một trong những chất ức chế được nghiên cứu trong đề tài này. Chất này có khả năng tạo ra lớp màng bảo vệ trên bề mặt thép, giúp ngăn chặn sự tiếp xúc giữa kim loại và môi trường ăn mòn. Ngoài ra, việc kết hợp nanô curcumin với imidazoline cũng được khảo sát nhằm tăng cường hiệu quả ức chế ăn mòn. Nghiên cứu cho thấy rằng sự kết hợp này có thể mang lại hiệu suất ức chế cao, lên đến 99,8%. Điều này mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các chất ức chế ăn mòn hiệu quả cho thép cacbon.

IV. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp điện hóa để đánh giá hiệu suất ức chế ăn mòn của imidazoline và nanô curcumin. Các thí nghiệm được thực hiện trong dung dịch NaCl 3,5 wt.% với các nồng độ khác nhau của chất ức chế. Phương pháp tổng trở điện hóa (EIS) và phân cực động được áp dụng để phân tích các đặc tính điện hóa của thép. Bên cạnh đó, các phương pháp phân tích bề mặt như hiển vi điện tử quét (SEM) và quang phổ hồng ngoại (FTIR) cũng được sử dụng để khảo sát sự hình thành lớp màng bảo vệ trên bề mặt thép sau khi sử dụng chất ức chế. Kết quả từ các phương pháp này sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc về cơ chế hoạt động của các chất ức chế trong việc bảo vệ thép khỏi ăn mòn.

V. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng imidazoline và nanô curcumin có thể giảm thiểu đáng kể quá trình ăn mòn của thép cacbon trong dung dịch NaCl. Các phân tích điện hóa cho thấy rằng hiệu suất ức chế ăn mòn tăng lên khi nồng độ của các chất ức chế được tăng cường. Hơn nữa, các hình ảnh từ SEM cho thấy sự hình thành lớp màng bảo vệ trên bề mặt thép sau khi sử dụng chất ức chế. Điều này chứng tỏ rằng imidazoline và nanô curcumin không chỉ có khả năng ức chế ăn mòn mà còn hỗ trợ nhau trong việc tạo ra lớp bảo vệ hiệu quả. Nghiên cứu này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao trong việc bảo vệ các cấu trúc thép trong môi trường ăn mòn.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Thép cacbon là vật liệu kim loại được cấu thành từ hai thành phần chính là sắt và cacbon, cùng một số nguyên tố phụ trợ như mangan (tối đa 1,65 wt.%), silic (tối đa 0,6 wt.%) và đồng (tối đa 0,6 wt.%). Nhờ sở hữu độ cứng, độ dẻo cao, khả năng gia công thuận lợi và chi phí sản xuất thấp, thép cacbon được ứng dụng phổ biến trong chế tạo chi tiết máy, công trình xây dựng và đặc biệt là hệ thống đường ống dẫn, bể chứa trong ngành công nghiệp hóa chất và dầu khí. Tuy nhiên, thép cacbon có khả năng chống ăn mòn kém trong các môi trường chứa ion clorua ($Cl^-$), tiêu biểu là môi trường nước biển.

Trong các giải pháp bảo vệ kim loại (sử dụng nguyên tố hợp kim, cán thép, tạo lớp phủ bề mặt, phương pháp bảo vệ điện hóa catốt/anốt), giải pháp sử dụng chất ức chế ăn mòn được đánh giá là phương án khả thi cho hệ thống đường ống dẫn dầu ngoài khơi nhờ chi phí thấp, quy trình thực hiện đơn giản, không làm gián đoạn dây chuyền vận hành và kiểm soát tốt bề mặt bên trong đường ống. Dù vậy, các chất ức chế vô cơ truyền thống (hệ chromate, arsenic) có độc tính cao đối với môi trường và sức khỏe con người nên bị hạn chế sử dụng. Hợp chất hữu cơ imidazoline đã được thương mại hóa nhờ tính thân thiện môi trường và khả năng ức chế tốt, song thực tế vận hành cho thấy imidazoline gây ra hiện tượng "anốt nhỏ - catốt lớn", dẫn đến hiện tượng ăn mòn cục bộ ngay cả khi đã sử dụng ở nồng độ tối ưu. Để giải quyết khiếm khuyết này, khóa luận đề xuất nghiên cứu phối hợp imidazoline với chất ức chế xanh là nanô curcumin nhằm lấp đầy các khuyết tật trên màng bảo vệ và triệt tiêu hiện tượng ăn mòn cục bộ.

Nhiệm vụ nghiên cứu của khóa luận được phân định thành 6 nội dung cụ thể:

1. Tìm hiểu về thép cacbon, các ứng dụng, cơ chế ăn mòn và các phương pháp giảm thiểu ăn mòn trong dung dịch điện li.
2. Tìm hiểu về các phương pháp điện hóa và các phương pháp phân tích bề mặt trong nghiên cứu ăn mòn và giảm thiểu ăn mòn.
3. Khảo sát hành vi ăn mòn của thép cacbon trong dung dịch NaCl 3,5 wt.% (môi trường giả định nước biển), xác định hiệu suất ức chế của imidazoline ở các nồng độ 0, 100, 500, 1000, 1500 và 2000 ppm, cùng hiệu suất hiệp trợ ức chế của nanô curcumin ở các nồng độ 0, 10, 50 và 100 ppm.
4. Phân tích cơ chế ăn mòn, cơ chế ức chế của imidazoline và cơ chế hiệp trợ ức chế của nanô curcumin.
5. Phân tích quá trình hình thành lớp màng bảo vệ trên bề mặt thép sau khi xử lý bằng chất ức chế và chất hiệp trợ ức chế theo thời gian.
6. Phân tích hình thái và thành phần bề mặt thép cacbon trước và sau khi bổ sung chất ức chế để kiểm chứng kết quả đo điện hóa và củng cố cơ chế đề xuất.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Thép cacbon; chất ức chế ăn mòn imidazoline (hãng Merck); chất hiệp trợ ức chế nanô curcumin (cung cấp bởi nhóm nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Sài Gòn).
• Phạm vi môi trường: Dung dịch điện li NaCl nồng độ 3,5 wt.% ở điều kiện phòng thí nghiệm nhằm mô phỏng thành phần nước biển.
• Phạm vi thời gian khảo sát: Quá trình ăn mòn và tạo màng được theo dõi liên tục trong chu kỳ 24 giờ nhúng chìm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng trên nền tảng lý thuyết ăn mòn điện hóa của kim loại trong dung dịch điện li trung tính. Phản ứng anốt là quá trình oxy hóa hòa tan sắt: $M \rightarrow M^{n+} + ne^-$ (cụ thể $Fe \rightarrow Fe^{2+} + 2e^-$). Phản ứng catốt trong môi trường trung tính có hòa tan oxy là phản ứng khử: $O_2 + 2H_2O + 4e^- \rightarrow 4OH^-$. Các ion kết hợp tạo thành hợp chất gỉ sắt hydroxit và oxit bám trên bề mặt.

Về cơ chế bảo vệ, các chất ức chế hữu cơ hoạt động theo nguyên lý hấp phụ lên bề mặt kim loại để tạo thành lớp màng chắn kỵ nước. Phân tử imidazoline (1,3-diazole) chứa hai nguyên tử nitơ: nguyên tử nitơ dạng pyridine (vị trí 3) mang cặp electron tự do đóng vai trò acid Lewis tương tác phối trí vuông góc với bề mặt oxit/hydroxit sắt (đóng vai trò base Lewis); nguyên tử nitơ dạng pyrrole (vị trí 1) có hệ 6 điện tử $\pi$ định vị trên vòng thơm tạo liên kết hấp phụ nằm ngang. Curcumin (diferuloylmethane) có cấu trúc tautomer dạng keto-enol phẳng, sở hữu các nhóm chức mang điện tử tự do (ketone, carbonyl, hydroxyl, phenoly) và các liên kết đôi liên hợp, đóng vai trò tạo phức chelat và phối trí với ion sắt. Dạng nanô curcumin khuếch tán vào các lỗ xốp tế vi của lớp màng imidazoline, tạo nên màng lai liên tục và bền vững.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm bao gồm:

Phương pháp	Thiết bị & Tiêu chuẩn	Thông số kỹ thuật	Mục đích phân tích
Tổng trở điện hóa (EIS)	Máy điện hóa 5 kênh BioLogic VSP; hệ 3 điện cực (làm việc: thép cacbon, so sánh: $Ag/AgCl$, đối cực: lưới Platinum)	Đo tại thế mạch hở (OCP), dải tần số từ 10 kHz đến 10 mHz, biên độ dao động AC 10 mV, đo định kỳ mỗi giờ trong suốt 24 giờ	Xác định điện trở dung dịch ($R_{dd}$), điện trở màng ($R_{film}$), điện trở truyền điện tích ($R_{ct}$), điện dung màng ($CPE_{film}$) và điện tích kép ($CPE_{dl}$) qua giản đồ Nyquist và Bode
Phân cực thế động (PD)	Máy BioLogic VSP; tiêu chuẩn ASTM G5	Quét thế từ $-250\text{ mV}$ so với OCP đến $0\text{ mV}_{Ag/AgCl}$ của nhánh anốt, tốc độ quét $0,5976\text{ V/h}$	Xác định thế ăn mòn ($E_{corr}$), mật độ dòng ăn mòn ($i_{corr}$), ngoại suy Tafel để tính tốc độ ăn mòn và hiệu suất ức chế
Hiển vi điện tử quét (SEM)	Kính hiển vi điện tử quét JEOL	Điện thế gia tốc 20 kV, khoảng cách làm việc 10 mm	Đánh giá hình thái bề mặt, mật độ lỗ ăn mòn và độ đồng nhất của màng sau 24 giờ ngâm
Quang phổ hồng ngoại (FTIR)	Thiết bị Alpha-FTIR; phần mềm Opus 3.1	Dải số sóng $4000 - 400\text{ cm}^{-1}$, độ chính xác $\pm 1\text{ cm}^{-1}$	Nhận diện các nhóm chức hữu cơ đặc trưng của imidazoline và curcumin hấp phụ trên bề mặt
Quang phổ quang điện tử tia X (XPS)	Thiết bị Kratos Nova	Nguồn tia X Al $K\alpha$ (1486,6 eV); năng lượng truyền qua 160 eV và 20 eV; chuẩn hóa mức năng lượng liên kết C 1s tại 285,0 eV	Phân tích trạng thái liên kết hóa học của Fe 2p, C 1s, N 1s, Cl 1s/2p và O 1s trên lớp biên

Nguồn mẫu và vật liệu thử nghiệm:

• Mẫu thép cacbon được gia công kích thước $20 \times 20 \times 3\text{ mm}^3$ (cho phép đo điện hóa, bề mặt làm việc hình tròn đường kính 1 cm) và $10 \times 10 \times 3\text{ mm}^3$ (cho phân tích bề mặt, đúc khuôn nhựa Epoxy resin và chất đóng rắn theo tỷ lệ khối lượng 3:1, diện tích bộc lộ $1\text{ cm}^2$). Bề mặt được mài cơ học tuần tự bằng giấy ráp SiC từ độ mịn 100, 600, 1000 đến 2000 theo quy chuẩn ASTM.
• Hóa chất: Muối NaCl tinh khiết (Merck), dung môi ethanol, methanol (Merck) và nước cất pha chế tại phòng thí nghiệm FM&D.
• Phần mềm xử lý dữ liệu: EC-Lab thu nhận tín hiệu, Origin xử lý biểu đồ và ZSimpWin khớp mô hình mạch điện tương đương.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan về thép cacbon và ứng dụng

Chương này trình bày cơ sở lý luận về cấu trúc kim loại học của thép cacbon, trong đó cacbon quyết định chủ yếu đến độ bền kéo và độ cứng. Độ bền kéo tăng dần theo hàm lượng cacbon và đạt cực đại tại ngưỡng xấp xỉ 0,83 wt.% C trước khi suy giảm. Tác giả tổng hợp các ứng dụng kỹ thuật của thép cacbon trong công trình xây dựng, chi tiết máy, bồn bể và đường ống dẫn dầu khí.

Phần tiếp theo đi sâu vào bản chất hiện tượng ăn mòn trong dung dịch điện li trung tính chứa ion clorua, xác lập 4 điều kiện tiên quyết để ăn mòn điện hóa diễn ra: anốt, catốt, dung dịch điện li và dây dẫn nối anốt - catốt. Tác giả phân tích so sánh các giải pháp chống ăn mòn hiện hành:

• Phương pháp sử dụng yếu tố hợp kim (thêm Cr, Ni, Co): điển hình là hợp kim Fe - Cr tạo màng oxit bền vững khi Cr đạt từ 20 wt.% trở lên ở nhiệt độ cao, song chi phí đắt đỏ và tính hàn hạn chế.
• Phương pháp cán thép: cán nóng (trên nhiệt độ kết tinh) và cán nguội (ở nhiệt độ phòng) giúp định hướng hạt, giảm khuyết tật ranh giới hạt và giảm năng lượng bề mặt, nhưng thiết bị đắt tiền và bị giới hạn về biên dạng sản phẩm.
• Phương pháp lớp phủ: sơn hoặc mạ bề mặt ngoài; nhược điểm là chi phí bảo trì lớn và dễ bị ăn mòn phá hủy nhanh khi lớp phủ bị trầy xước.
• Phương pháp bảo vệ điện hóa: bảo vệ catốt bằng anốt hy sinh (Al, Zn, Mg) và catốt áp dòng ngoài; bảo vệ anốt tạo vùng thụ động. Các phương pháp này đòi hỏi kỹ thuật vận hành phức tạp, tăng tải trọng kết cấu và tốn kém chi phí thay thế định kỳ.
• Phương pháp chất ức chế ăn mòn: phân tích chi tiết cơ chế chất ức chế bay hơi (VPIs) và chất ức chế pha lỏng (LPIs); cơ chế tác động của chất vô cơ (ức chế anốt, ức chế catốt) và chất hữu cơ.

Chương 1 kết luận bằng việc phân tích cấu trúc hóa học của imidazoline (1,3-diazole) và curcumin. Luận điểm trọng tâm được chỉ ra: imidazoline khi hoạt động độc lập dễ tạo ra chênh lệch điện hóa cục bộ giữa vùng được che phủ và vùng hở (hiện tượng "anốt nhỏ - catốt lớn"), gây ăn mòn điểm nguy hiểm. Curcumin dưới dạng kích thước nanô có khả năng phân tán cao, điền đầy các khuyết tật mạng lưới hấp phụ, tạo tiền đề cho giải pháp phối hợp hai hợp chất.

Chương 2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết quy trình chuẩn bị mẫu, hệ hóa chất và thông số vận hành của hệ thống thiết bị đo đạc:

• Chuẩn bị mẫu thử: Quy cách gia công mẫu thép cacbon cho hai nhóm thí nghiệm điện hóa ($20 \times 20 \times 3\text{ mm}^3$) và phân tích bề mặt ($10 \times 10 \times 3\text{ mm}^3$, bọc epoxy). Quy trình mài cơ học qua 4 cấp độ giấy nhám SiC (100, 600, 1000, 2000), tẩy rửa bề mặt bằng cồn và nước cất.
• Thiết lập nồng độ khảo sát: Khảo sát đơn chất imidazoline ở các nồng độ 0, 100, 500, 1000, 1500, 2000 ppm trong môi trường NaCl 3,5 wt.%. Sau khi xác định nồng độ tối ưu của imidazoline, tiến hành phối trộn nanô curcumin ở các nồng độ 10, 50 và 100 ppm.
• Phương pháp đo tổng trở điện hóa (EIS): Sử dụng hệ 3 điện cực tiêu chuẩn trên máy BioLogic VSP 5 kênh. Tác giả diễn giải cơ sở toán học của giản đồ Nyquist (cung bán nguyệt biểu thị điện trở truyền điện tích) và giản đồ Bode (logarit tổng trở và góc pha theo tần số), thiết lập mô hình mạch điện tương đương gồm $R_{dd}$, các cặp song song giữa điện trở màng/điện tích kép với phần tử pha không đổi (CPE) để khớp số liệu trên phần mềm ZSimpWin.
• Phương pháp phân cực thế động và ngoại suy Tafel: Thực hiện theo chuẩn ASTM G5 với dải quét $-250\text{ mV}$ đến $0\text{ mV}{Ag/AgCl}$, tốc độ quét $0,5976\text{ V/h}$. Nêu rõ công thức tính hiệu suất ức chế $IE\text{ (%)}$ từ mật độ dòng ăn mòn $i^0{corr}$ (mẫu trắng) và $i_{corr}$ (mẫu có chất ức chế), cùng công thức tính tốc độ ăn mòn theo định luật Faraday.
• Phương pháp phân tích bề mặt: Trình bày nguyên lý chùm tia điện tử của SEM (JEOL, 20 kV), cơ chế hấp thụ bức xạ dao động phân tử của quang phổ FTIR ($4000 - 400\text{ cm}^{-1}$), và nguyên lý hiệu ứng quang điện trong phân tích năng lượng liên kết nguyên tử của XPS (Kratos Nova, nguồn Al $K\alpha$).

Chương 3. Kết quả và thảo luận

Chương 3 tập trung phân tích các dữ liệu thực nghiệm thu được qua các giai đoạn đo đạc:

• Hành vi điện hóa của thép cacbon không có chất ức chế (mẫu trắng): Giản đồ Nyquist sau 24 giờ nhúng trong NaCl 3,5 wt.% cho thấy bán kính vòng cung tổng trở giảm liên tục từ giờ thứ 1 đến giờ thứ 8 do lớp oxit tự nhiên bị ion $Cl^-$ phá hủy, làm thép hòa tan mạnh. Sau 8 giờ, tổng trở tăng nhẹ trở lại do sản phẩm ăn mòn (gỉ sắt) tích tụ cơ học trên bề mặt cản trở tạm thời quá trình khuếch tán. Giản đồ Bode góc pha xuất hiện hai hằng số thời gian phân tách, khẳng định sự tồn tại của lớp sản phẩm gỉ xốp và không đồng nhất.
• Ảnh hưởng của nồng độ imidazoline: Khi nồng độ imidazoline tăng từ 500 lên 1500 ppm, bán kính cung Nyquist và giá trị tổng trở ở vùng tần số thấp ($0,01\text{ Hz}$) tăng liên tục, phản ánh sự hình thành màng hấp phụ bảo vệ. Tại nồng độ 1500 ppm, độ mở cung tròn đạt giá trị lớn nhất và góc pha cực đại duy trì ổn định trong dải tần số trung bình suốt 24 giờ. Tuy nhiên, khi tăng nồng độ lên 2000 ppm, tổng trở sụt giảm rõ rệt sau 8 giờ ngâm; tác giả giải thích do nồng độ quá cao làm giảm độ linh động của ion chất ức chế hoặc tạo lớp màng bất đối xứng, dẫn đến màng kém đặc chắc và tái xuất hiện ăn mòn. Do đó, 1500 ppm được xác định là nồng độ tối ưu của imidazoline.
• Hiệu ứng hiệp trợ của nanô curcumin: Trên hệ nền chứa 1500 ppm imidazoline, việc bổ sung 10 ppm nanô curcumin làm tăng vượt bậc đường kính cung tròn Nyquist và giá trị tổng trở trên giản đồ Bode so với hệ chỉ có imidazoline. Ngược lại, khi nâng nồng độ nanô curcumin lên 50 ppm và 100 ppm, tổng trở giảm dần và tính liên tục của màng bị suy giảm; nguyên nhân là do lượng hạt nano dư thừa bị kết tụ, cản trở quá trình hấp phụ của phân tử imidazoline hoặc phá vỡ cấu trúc đồng nhất của màng.
• Phân tích phân cực thế động: Đường cong Tafel cho thấy mật độ dòng ăn mòn ($i_{corr}$) giảm mạnh khi có mặt imidazoline 1500 ppm và giảm sâu nhất khi kết hợp với 10 ppm nanô curcumin, dịch chuyển thế ăn mòn và làm giảm tốc độ hòa tan anốt lẫn khử catốt.
• Phân tích hình thái và cấu trúc bề mặt:
  • Ảnh SEM: Bề mặt mẫu thép ngâm trong dung dịch không chất ức chế bị ăn mòn rỗ nghiêm trọng với các hố ăn mòn sâu. Mẫu có 1500 ppm imidazoline giảm thiểu đáng kể hư hại bề mặt nhưng vẫn còn rải rác ăn mòn cục bộ. Mẫu kết hợp 1500 ppm imidazoline + 10 ppm nanô curcumin có bề mặt nhẵn phẳng, được che phủ đồng đều bởi màng bảo vệ hữu cơ liên tục.
  • Phổ FTIR: Xác nhận sự dịch chuyển và xuất hiện các pic hấp thụ đặc trưng của liên kết $C=N$, $C-N$ từ vòng imidazoline và các dao động liên kết $C=O$, liên kết thơm từ nanô curcumin trên màng thép sau 24 giờ ngâm.
  • Phổ XPS: Các phổ phân giải cao Fe 2p, C 1s, N 1s, O 1s và Cl 1s/2p chứng minh sự tương tác hóa học trực tiếp giữa các nguyên tử N, O của hợp chất ức chế với bề mặt sắt, hình thành liên kết phối trí chelat hóa bền vững ngăn cản ion $Cl^-$ thâm nhập.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đạt được các kết quả định lượng cụ thể thông qua hệ thống phân tích điện hóa và bề mặt:

Hệ mẫu khảo sát	Nồng độ chất ức chế	Đặc trưng tổng trở (EIS)	Mức độ bảo vệ bề mặt (SEM/XPS)	Hiệu suất ức chế ($IE$)
Mẫu trắng	0 ppm	Tổng trở thấp nhất, cung Nyquist thu hẹp sau 8h	Bề mặt rỗ sâu, ăn mòn nghiêm trọng	0% (hệ đối chứng)
Hệ đơn chất Imidazoline	500 – 1000 ppm	Tổng trở tăng dần theo nồng độ	Màng bảo vệ hình thành một phần, còn lỗ ăn mòn	Trung bình
Hệ đơn chất Imidazoline	1500 ppm	Bán kính cung Nyquist lớn nhất trong hệ đơn chất	Màng bao phủ phần lớn bề mặt, còn ăn mòn cục bộ	Cao
Hệ đơn chất Imidazoline	2000 ppm	Tổng trở suy giảm mạnh sau 8h	Màng không đồng đều do cản trở động học	Suy giảm so với mức 1500 ppm
Hệ kết hợp Imidazoline + Nanô Curcumin	1500 ppm Imidazoline + 10 ppm Nanô Curcumin	Bán kính Nyquist và tổng trở $	Z	$ đạt giá trị cực đại toàn phần
Hệ kết hợp Imidazoline + Nanô Curcumin	1500 ppm Imidazoline + 50 – 100 ppm Nanô Curcumin	Tổng trở giảm dần so với mức 10 ppm	Hạt nano dư thừa kết tụ làm gián đoạn màng	Suy giảm hiệu quả hiệp trợ

Đóng góp khoa học và giải pháp kỹ thuật của tác giả:

• Thiết lập thành công hệ ức chế ăn mòn mới kết hợp giữa chất hữu cơ imidazoline và chất hiệp trợ xanh nanô curcumin, đạt hiệu suất ức chế lên đến 99,8% đối với thép cacbon trong môi trường NaCl 3,5 wt.%.
• Giải quyết được hiện tượng "anốt nhỏ - catốt lớn" vốn là nhược điểm gây ăn mòn cục bộ cố hữu của imidazoline khi sử dụng độc lập trên bề mặt kim loại. Các hạt nanô curcumin có kích thước nanomet đóng vai trò chèn lấp các lỗ xốp, tăng độ liên tục và tính kỵ nước của màng bảo vệ.
• Chứng minh cơ chế bảo vệ phối hợp thông qua bằng chứng thực nghiệm trực tiếp từ EIS, phân cực thế động, SEM, FTIR và XPS, tạo cơ sở khoa học cho việc phát triển các dòng chất ức chế ăn mòn thân thiện môi trường trong công nghiệp dầu khí.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận được Hội đồng và các giảng viên chỉ ra một số hạn chế nội tại:

• Môi trường thử nghiệm mới dừng lại ở dung dịch NaCl 3,5 wt.% giả định, chưa tiến hành khảo sát trên môi trường nước biển tự nhiên vốn chứa hệ vi sinh vật phức tạp, vi khuẩn khử sulfat (SRB) và các ion đa hóa trị ($Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$, $SO_4^{2-}$).
• Chưa thực hiện được các tính toán hóa học lượng tử hoặc mô phỏng động học phân tử (Molecular Dynamics/DFT) để làm rõ tương tác không gian và năng lượng liên kết giữa các phân tử ức chế với mạng tinh thể sắt do hạn chế về thời gian nghiên cứu.
• Kỹ năng xử lý số liệu mô hình hóa mạch tương đương điện hóa còn cần tiếp tục được hoàn thiện để làm rõ sự biến thiên của các thông số theo thời gian nhúng ngập.
• Về phạm vi triển khai: Giải pháp bổ sung chất ức chế pha lỏng chỉ có tính khả thi trong các hệ thống tuần hoàn kín hoặc đường ống dẫn lưu chất kín trong công nghiệp dầu khí/hóa chất, không có tính ứng dụng nếu định hướng pha loãng trực tiếp vào môi trường nước biển tự nhiên ngoài đại dương.

Hướng phát triển tiếp theo của đề tài:

• Mở rộng thử nghiệm hiệu năng của hệ chất ức chế trên các mẫu nước biển tự nhiên lấy từ các vùng biển thực tế.
• Bổ sung mô phỏng tính toán cơ học phân tử để đối chứng với cơ chế tương tác bề mặt được xác lập từ thực nghiệm XPS và FTIR.
• Nghiên cứu cơ chế khuấy động dòng chảy (điều kiện thủy động lực học) ảnh hưởng đến độ bền màng bảo vệ của hệ imidazoline - nanô curcumin trong đường ống dẫn.

Giá trị tham khảo

Báo cáo khóa luận có giá trị tham khảo học thuật và ứng dụng thực tiễn trong các phạm vi sau:

• Tài liệu học tập cho sinh viên, học viên các ngành Công nghệ Vật liệu, Kỹ thuật Hóa học, Ăn mòn và Bảo vệ Kim loại, Kỹ thuật Dầu khí.
• Phần quy trình thực nghiệm (Chương 2) cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về phương pháp gia công chuẩn bị mẫu kim loại theo tiêu chuẩn ASTM, kỹ thuật đo tổng trở điện hóa liên tục 24 giờ trên hệ máy đa kênh BioLogic VSP, cùng quy trình phân tích hình thái bề mặt bằng tổ hợp kỹ thuật SEM - FTIR - XPS.
• Cung cấp dữ liệu thực nghiệm có giá trị về nồng độ phối trộn tối ưu giữa imidazoline (1500 ppm) và nanô curcumin (10 ppm) cho các kỹ sư nghiên cứu phát triển phụ gia chống ăn mòn cho đường ống dẫn dầu và hệ thống tuần hoàn nước giải nhiệt.

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao việc kết hợp nanô curcumin lại khắc phục được hiện tượng ăn mòn cục bộ của hợp chất imidazoline?
Khi imidazoline hấp phụ độc lập lên bề mặt thép cacbon, sự sắp xếp của các phân tử hữu cơ không hoàn toàn kín khít, dẫn đến các khoảng trống tế vi (khuyết tật màng). Tại đây hình thành các vùng anốt cục bộ nhỏ bị bao quanh bởi diện tích catốt rộng lớn (hiện tượng "anốt nhỏ - catốt lớn"), thúc đẩy ăn mòn rỗ sâu. Các hạt nanô curcumin với kích thước siêu nhỏ có khả năng len lỏi, lấp đầy các lỗ xốp và liên kết chelat với ion sắt thông qua các nhóm chức giàu electron, tạo thành lớp màng lai hữu cơ - nanô liên tục, triệt tiêu các điểm hở điện hóa.

2. Nồng độ tối ưu của từng thành phần trong hệ ức chế được xác định là bao nhiêu và đạt hiệu suất bảo vệ như thế nào?
Qua các phép đo tổng trở điện hóa và phân cực thế động, nồng độ tối ưu của imidazoline được xác định là 1500 ppm, và nồng độ hiệp trợ tối ưu của nanô curcumin là 10 ppm. Tại tỷ lệ phối hợp này, hệ ức chế đạt hiệu suất bảo vệ ăn mòn cực đại là 99,8% trong dung dịch NaCl 3,5 wt.%.

3. Tại sao khi tăng nồng độ imidazoline lên 2000 ppm hoặc nanô curcumin lên 50 – 100 ppm thì hiệu quả bảo vệ lại suy giảm?
Khi nồng độ imidazoline vượt ngưỡng tối ưu (lên 2000 ppm), mật độ phân tử quá dày đặc làm giảm độ linh động của các ion hoặc tạo ra lớp màng đa tầng kém bền vững, khiến màng dễ bong tróc và suy giảm tổng trở sau 8 giờ. Tương tự, khi nanô curcumin vượt quá 10 ppm (50 và 100 ppm), các hạt nano dư thừa có xu hướng kết tụ, cản trở quá trình hấp phụ của phân tử imidazoline lên bề mặt thép hoặc phá vỡ cấu trúc liên tục của màng bảo vệ.

4. Khóa luận sử dụng các kỹ thuật phân tích bề mặt nào để chứng minh sự hình thành của màng ức chế?
Tác giả sử dụng kết hợp 3 kỹ thuật phân tích bề mặt: (1) Hiển vi điện tử quét (SEM) tại điện thế 20 kV để quan sát hình thái phẳng mịn của màng so với bề mặt rỗ của mẫu trắng; (2) Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) để nhận diện các liên kết $C=N$, $C-N$ và dao động vòng thơm của chất ức chế; (3) Phổ quang điện tử tia X (XPS) với nguồn Al $K\alpha$ để xác định các mức năng lượng liên kết Fe 2p, C 1s, N 1s và O 1s, khẳng định liên kết phối trí hóa học giữa các chất ức chế với chất nền sắt.

5. Giải pháp ức chế này có thể áp dụng trực tiếp cho các công trình thép ngoài biển hở hay không?
Không thể áp dụng bằng cách pha dung dịch vào nước biển hở ở đại dương vì thể tích môi trường là vô hạn, hóa chất sẽ bị hòa tan loãng ngay lập tức và gây lãng phí kinh tế. Phương pháp này chỉ ứng dụng được trong các hệ thống dòng chảy tuần hoàn kín, môi trường lưu chất bên trong các đường ống dẫn dầu khí ngoài khơi hoặc bồn bể chứa công nghiệp, nơi nồng độ chất ức chế được duy trì ổn định.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Lê Văn Tài đã giải quyết thành công bài toán ăn mòn cục bộ của thép cacbon trong dung dịch NaCl 3,5 wt.% thông qua việc kết hợp hợp chất imidazoline và nanô curcumin. Kết quả thực nghiệm xác định tỷ lệ tối ưu tại 1500 ppm imidazoline và 10 ppm nanô curcumin, nâng hiệu suất ức chế ăn mòn lên mức 99,8% và tạo ra lớp màng bảo vệ liên tục, bền vững. Các phân tích điện hóa (EIS, Tafel) cùng phân tích bề mặt chuyên sâu (SEM, FTIR, XPS) đã làm sáng tỏ cơ chế hiệp trợ lấp đầy lỗ xốp của các hạt nanô curcumin đối với màng hấp phụ imidazoline. Công trình cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm tin cậy cho định hướng ứng dụng chất ức chế xanh trong việc bảo vệ hệ thống đường ống dẫn công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. Tổng quan về thép cacbon và ứng dụng Thép cacbon, một hợp kim có hai thành phần cơ bản chính là sắt và cacbon. Các thành phần phụ trợ trong thép cacbon bao gồm mangan (tối đa 1,65 wt.%), silic (tối đa 0,6 wt.%) và đồng (tối đa 0,6 wt.%),… Trong đó, cacbon là nguyên tố quan trọng nhất, quyết định chủ yếu đến cấu trúc và cơ tính của thép cacbon. Khi thành phần cacbon tăng lên thì độ bền kéo, độ cứng tăng, độ dẻo và độ dai giảm [1-3].

Tuy nhiên, độ bền kéo của thép cacbon sẽ đạt giới hạn ở khoảng 0,83 wt.% C, nếu vượt qua giới hạn này thì độ bền kéo sẽ giảm như mô tả trong Hình 1. Ảnh hưởng của hàm lượng cacbon đến các đặc tính của thép cacbon. Một số ứng dụng của thép cacbon trong đời sống: (a) chi tiết máy, (b) xây dựng, (c) vật dụng gia đình và (d) đường ống. Nhờ vào khả năng có thể thay đổi các đặc tính để phù hợp với các ứng dụng khác nhau thông qua việc điều chỉnh các nguyên tố thành phần và đặc biệt hơn cả là giá thành tương đối rẻ.

Vì vậy, thép cacbon đã và đang được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp xây dựng, đường ống, bể chứa hay trong một số vật dụng trong gia đình [1]. Tuy nhiên, thép cacbon vẫn còn tồn tại một số nhược điểm như không thể dễ dàng uốn cong và đúc thành các hình dạng khác nhau. Ngoài ra, thép cacbon cũng dễ bị gỉ và ăn mòn làm giảm đi chất lượng đáng kể và gây khó khăn trong ứng dụng. Do đó, vấn đề 3 do an giảm thiểu ăn mòn đối với thép cacbon hiện đang được các nhà nghiên cứu tích cực tìm giải pháp để giúp thép cacbon tối ưu hơn và có thể cạnh tranh với các loại thép khác trên thị trường đơn cử như thép không gỉ [4-6].

Vì vậy, đề tài này sẽ tập trung nghiên cứu ăn mòn và giảm thiểu ăn mòn thép cacbon trong môi trường giả định nước biển (NaCl 3,5 wt. Ăn mòn trong dung dịch điện li Ăn mòn trong dung dịch điện li (ăn mòn điện hóa) là quá trình phá hủy bởi phản ứng giữa kim loại hay hợp kim với môi trường. Trong tự nhiên, các nguyên tử kim loại sẽ liên kết hóa học với các nguyên tố khác tạo ra các hợp chất hóa học (ôxit hay hyđrôxit) để có thể đạt trạng thái bền hơn (ví dụ như các quặng khoáng sản). Quá trình ăn mòn sẽ làm cho các nguyên tố kim loại trên bề mặt vật liệu bị ôxy hóa trở thành các dạng hợp chất hóa học tương tự hay thậm chí là giống với khoáng sản đã tạo ra chúng ở trạng thái ổn định hơn ở điều kiện hoạt động.

Quá trình này sẽ phát ra lượng năng lượng bằng với lượng năng lượng cần có để các nguyên tố kim loại có thể đạt trạng thái bền hơn [7]. Cấu tạo của mô hình ăn mòn trong dung dịch điện li. Ăn mòn điện hóa có thể được mô tả như Hình 1.3, để có thể xảy ra quá trình ăn mòn điện hóa thì cần phải có đủ 4 điều kiện cần thiết, đó là: - Anốt; - Catốt; - Dây dẫn nối anốt và catốt; - Dung dịch điện li. Cơ chế của quá trình ăn mòn điện hóa được biễu diễn bằng các phương trình phản ứng như sau: - Ở anốt sẽ xảy ra quá trình ôxy hóa làm cho kim loại bị hòa tan và cho đi các electron.

M → Mn+ + ne (1-1) 4 do an - Ngược lại ở catốt sẽ xảy ra quá trình khử nhờ các electron được cung cấp từ anốt di chuyển qua: + Nếu trong môi trường trung tính thì sẽ xảy ra phản ứng: O2 + 2H2O + 4e- → OH- (1-2) + Nếu trong môi trường axít thì sẽ xảy ra phản ứng: O2 + 4H+ +4e- → 2H2O (1-3) + Trong trường hợp không có các phản ứng kể trên thì nước sẽ bị khử. Giả sử nước bị phân li thành H+ và OHˉ, ta có thể đơn giản phương trình thành: H2O + 2e- → H2 + OH- (1-4) 2H +2e → H2 + - (1-5) Sản phẩm từ 2 phản ứng ở anốt và catốt sẽ kết hợp lại với nhau tạo thành các ôxit hay hyđrôxit kim loại và bám lên bề mặt của vật liệu. Cụ thể trong báo cáo này sẽ đề cập đến ăn mòn của thép cacbon trong các đường ống, hiện tượng ăn mòn bề mặt thép cacbon được mô tả như trong Hình 1. Hiện tượng ăn mòn bề mặt thép cacbon.

Khi loại bỏ 1 trong bốn điều kiện kể trên thì sẽ không xảy ra quá trình ăn mòn điện hóa, do đó, đây cũng là cơ sở chính để phát triển các phương pháp giảm thiểu ăn mòn. Các phương pháp chống ăn mòn 1. Sử dụng yếu tố hợp kim Giống như thép cacbon khi thêm thành phần khối lượng cacbon sẽ làm thay đổi các tính chất để phù hợp với các ứng dụng cụ thể thì phương pháp sử dụng yếu tố hợp kim cũng tương tự như vậy, khi thêm một hay nhiều nguyên tố vào thành phần của vật liệu 5 do an Hình 1. Mô tả ảnh hưởng của việc thay đổi thành phần khối lượng crôm đến khả năng chống ăn mòn cũng như là sự thay đổi hình thái lớp ôxit của hợp kim Fe - Cr bị ôxy hóa ở 1000 oC.

sẽ làm tăng khả năng chống ăn mòn [8-11]. Một trong những nguyên tố được sử dụng rộng rãi nhất là crôm (Cr).5 mô tả ảnh hưởng của việc thay đổi thành phần khối lượng crôm đến khả năng chống ăn mòn cũng như là sự thay đổi hình thái lớp ôxit của hợp kim Fe - Cr bị ôxy hóa ở 1000 oC, tốc độ ôxy hóa giảm mạnh khi crôm tăng lên 20 wt.% và crôm ôxit tăng cho đến khi chúng chiếm ưu thế trong màng ôxit. Tác dụng tương tự cũng sẽ xảy ra với hợp kim của niken và coban khi được sử dụng ở nhiệt độ cao. Khi trên 1000 οC, Co2O3 bắt đầu bị phá hủy và bị phá hủy cực mạnh ở khoảng 1200 oC, nếu ôxit không thể được bổ sung đầy đủ từ hợp kim sẽ xuất hiện ăn mòn li khai.

Hiện nay một số hợp kim Fe - Cr đơn giản ví dụ như thép không gỉ 400 đã được sử dụng trong nhiều ứng dụng. Tuy nhiên, khó khăn chính là khả năng chống rão kém của cấu trúc lập phương tâm khối của sắt ở nhiệt độ cao, hơn nữa các loại thép này rất 6 do an khó hàn cho dù nhiều cải tiến trong luyện kim và các quy trình này đã được thực hiện gần đây [7]. Cán thép Cán là một quá trình quan trọng trong gia công kim loại, một trong số các kĩ thuật cán có thể giúp cải thiện sức mạnh hay định hướng hạt cần thiết để phục vụ các ứng dụng khác nhau của thép, đặc biệt phương pháp này còn có khả năng giảm thiểu đáng kể hiện tượng ăn mòn. Quy trình cán thép cơ bản liên quan đến việc đưa kim loại qua một cặp cuộn nặng để tạo cho kim loại hình dạng và độ dày mong muốn.

Có hai loại cán thép chính bao gồm cán nóng và cán nguội. Như tên gọi của chúng, sự khác biệt giữa hai loại phụ thuộc vào nhiệt độ của kim loại tại thời điểm cán [12]. Cán nóng là một quá trình cán trong đó kim loại được nung nóng trên nhiệt độ kết tinh, ở nhiệt độ này sự biến dạng sẽ cần ít áp lực hơn so với ở trạng thái nguội. Quá trình này được sử dụng để tạo ra các hình dạng với kích thước hình học và tính chất vật liệu mong muốn trong khi vẫn duy trì cùng một thể tích kim loại.

Kim loại nóng được truyền giữa hai cuộn để làm phẳng, kéo dài, giảm diện tích mặt cắt ngang và thu được độ dày đồng đều. Cấu trúc hạt ban đầu không đồng đều của kim loại bao gồm các hạt lớn phát triển theo hướng hóa rắn, điều này thường làm cho kim loại giòn do các ranh giới hạt yếu và có thể chứa các khuyết tật như trệch mạng, độ xốp gây ra bởi khí và thành phần lạ như ôxit kim loại. Cán nóng phá vỡ các cấu trúc hạt và phá hủy các ranh giới, tạo ra sự hình thành các cấu trúc mới với các ranh giới hạt ít khuyết tật hơn ban đầu và cấu trúc hạt đồng nhất. Thép cán nóng là sản phẩm phổ biến nhất của quá trình cán nóng và được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp kim loại, làm sản phẩm cuối cùng hoặc làm nguyên liệu cho các quá trình tiếp theo.

Cán nóng giúp cho thép có khả năng tăng cường chống ăn mòn bởi vì có thể định hướng hạt theo hướng mong muốn giúp cho bề mặt kim loại có năng lượng bề mặt thấp góp phần giảm đi sự ăn mòn bề mặt thép. Ngoài ra, sự hình thành lớp ôxit trên bề mặt trong quá trình nung nóng cũng góp phần đáng kể trong việc giảm thiểu ăn mòn của thép. Tuy nhiên phương pháp này cũng có nhiều hạn chế như giá thành của các trang thiết bị là rất đắt, bề mặt của thép sau khi cán có độ hoàn thiện không cao nên khó sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu có độ thẩm mỹ cao [12-14]. Cán nguội được thực hiện ở nhiệt độ phòng, có nghĩa là thép dưới nhiệt độ kết tinh.

Vì thép sẽ không dễ uốn nên kỹ thuật này có thể yêu cầu các máy móc mạnh hơn và chính xác hơn vì thép sẽ không thay đổi hình dạng và hướng của nó khi làm mát. Sản phẩm của thép cán nguội sẽ có điểm biến dạng cao hơn, bề mặt và các góc cạnh được hoàn thiện tốt hơn, đặc biệt hơn bề mặt được loại bỏ các điểm không hoàn hảo góp phần giảm sự ăn mòn trên bề mặt. Tuy nhiên, nhược điểm của thép cán nguội là chi 7 do an phí của các máy móc cao dẫn đến tăng giá thành thép, nó chỉ giới hạn ở một vài hình dạng và các biến thể của chúng như hình vuông, tròn và phẳng [12,15-17]. Lớp phủ Kỹ thuật này sẽ cung cấp một lớp phủ vật lí lên bề mặt kim loại muốn bảo vệ thường sẽ là ở bề mặt phía bên ngoài của đường ống, lớp phủ này sẽ ngăn chặn các tác nhân ăn mòn tiếp xúc với bề mặt kim loại.

Có 2 cách phủ chính là sơn và mạ, phương pháp này có ưu điểm là dễ thực hiện, rẻ tiền và có tính thẩm mỹ cao. Mặt khác khi lớp phủ bị trầy xước thì kim loại ở trong sẽ bị ăn mòn nhanh hơn, ngoài ra chi phí bảo trì cũng rất lớn nếu áp dụng trên hệ thống có quy mô lớn [18].