Kết quả và thảo luận nghiên cứu khả năng bảo vệ chống ăn mòn thép các bon của một số Clay

Kết quả và thảo luận nghiên cứu khả năng bảo vệ chống ăn mòn thép các bon của một số Clay

Chương 3

3.1 NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ỨC CHẾ ĂN MON THEP TRONG MOI TRUONG NaC! CUA CLAY BUU CO

3.1.1 Tính chất ức chế ăn mon cha clay nanofil 5

3.1.1.1 Ảnh hưởng của nẵng độ clay

Để khảo sát khả năng ức chế ăn mòn thép của clay nanoñil 5, môi trường

ăn mòn nghiên cứu là đụng địch NaCl 0,1 M Clay được phân tần trong hỗn hợp

etanol + nước (với tỉ lệ etanoVUnước = 4/6) ở những nồng độ khác nhau: 0; Í; 2; 3;

4 va 5 g/l Khả năng ức chế ăn mòn thép của nanofll 5Š được đánh giá qua ba phương pháp:

e Do dudng cong phân cực thế động

e_ Đo tổng trở điện hóa

® Quan sát bể mặt, d/ Đo đường cong phân cực thế động

Hình 3.1 trình bày đường cong phân cực của điện cực thép sau 60 phút ngâm trong dung dich NaCl 0,1 M vdi các nềng độ nanofil 5 khác nhau

Hình 3.1 : Đường cong phân CựC của điện cực thép do sau 60 phút

ngâm trong các dung dich NaCl 0,1 M cé néng dé clay khác nhau

Kết quả và Thảo luận

Từ đường cong phân cực các giá trị thế ăn mòn, mật độ đòng ăn mòn va hiệu suất ức chế ăn mòn được xác định và trình bày trong Bảng 3.1

Bảng 3.1 : Giá trị thế ăn mòn, mật độ dòng ăn mòn và hiệu suất úc chế ăn mòn thép Ở

những nông đệ clay nanoBil 5 khác nhau

Ở nắng độ clay thấp (1g) thế ăn môn là -0,552V so với điện cực calomel

bão hòa, thế này gần như trùng với thế ăn mòn của mẫu trắng không có clay (-

0,553V) Khi tang nồng độ ức chế lên 2 g/ thì thế ăn mòn dich hon 30 mV vé

phía anốt (Ecorr = -0,522 V), tang nông độ clay lên 3g/1 thế ăn mòn dịch nhiều hon vé phia anét (Ecorr = -0,487 V) Nhung khi tăng tiếp nồng độ clay thì thế ăn mòn lại dịch về phía catét

So với đường cong phân cực catốt của mẫu trắng, đường cong phân cực của các mẫu chứa clay cho giá trị dòng thấp hơn và phụ thuộc vào nồng độ clay

Ở nông độ clay thấp (1-2 g/l), giá trị dong an mòn thấp hơn đường cong phân cực

của mẫu trắng không nhiều Khi tăng nông độ clay lên 3 g1 đường cong phan cực catốt có giá trị dong thấp hơn đáng kể giá trị dòng của mẫu trắng, tuy nhiên

Kết quả và Tháo luận

khi tăng tiếp nồng độ clay lên 4 và 5 g/1, đường cong phân cực catốt có giá trị dòng ăn mòn cao hơn đường cong phân cực của mẫu 3g/1, nhưng vẫn thấp hơn nhiều so với mẫu trắng

Tương tự, với đường cong phân cực anốt, giá trị dòng ăn mòn của mẫu có nông độ clay 3g/1 là thấp nhất Mật độ dòng ăn mòn khi phân cực anốt trong

dung dịch chứa nanofïl 5 đều có giá trị dòng thấp hơn so với dung dịch không chứa nanofil 5

Với mẫu trắng không có clay, mật độ dòng ăn mòn là 16,3 uA/cm”, Khi

cho vào dung dich NaCl 0,1 M clay nanofñil 5 ở nồng độ thấp-Ig/1, mật độ dòng

ăn mòn giảm xuống còn 11,7 HA/cm” Khi nổng độ clay tăng từ 1 g/1 lên 3 g/1 mật độ dòng ăn mòn giảm rõ rệt từ 11,7 uA/cm” xuống còn 3,9 UA/cm”, nhưng

khi tiếp tục tăng nồng độ clay lên 4g/1 và 5 g/1 giá trị mật độ dòng ăn mòn lại tăng nhẹ lên 6,6 HA/cm? và 8,8 uA/cm Tuy nhiên các giá trị mật độ dòng ăn

mòn này vẫn thấp hơn của mẫu trắng Các kết quả trên cho thấy trong khoảng

nồng độ clay khảo sát mật độ dòng ăn mòn phụ thuộc vào nồng độ clay và nong

độ clay nanofil 5 là 3g/1 cho mật độ dòng ăn mon thấp nhất

Bảng 3.1 cho thấy hiệu suất ức chế ăn mòn (tính theo công thức 1.1) tăng khi nổng độ clay tăng từ 1g/1 lên 3g/1, sau đó khi nông độ clay tiếp tục tăng thì hiệu suất ức chế ăn mòn giảm Hiệu suất ức chế ăn mòn cao nhất ở nồng độ clay

1a 3 g/l, dat 76,1 %

b/ Đo tổng trở điện hóa

Bên cạnh phương pháp đo đường cong phân cực, phương pháp tổng trở

điện hóa cũng được sử dụng để đánh giá khả năng ức chế ăn mòn thép của clay

nanofil 5 Hình 3.2 trình bày phổ tổng trở của điện cực thép được đo sau khi ngâm 60 phút trong dung dịch NaCl 0,1 M với các nồng độ clay khác nhau

Kết quả và Thảo luận

dịch NaCl 0,1 M với nông độ clay nanofilŠ khác nhau

Hình 3.2 cho thấy ở các nổng độ clay khác nhau phổ tổng trở đều có dạng giống nhau và đặc trưng bởi một cung tròn, có thể mô phỏng bằng một sơ đổ mạch tương đương gồm điện trở dung dịch điện ly R mắc nối tiếp với một mạch

song song chứa điện dung lớp kép Ca và điện trở phân cực R„ như trên Hình 3.3

Xử lý kết quả do téng trd bing phan mém cia AUTOLAB theo so dé

mạch điện tương đương nêu trên ta thu được các thông số của mạch điện Hình

3.4 trình bày phổ tổng trở đo được và phổ tổng trở tính toán theo sơ đồ điện

tương đương (Hình 3.3) Nhận thấy đường tính toán và thực nghiệm gần như

Hinh 3.4: Phé Nyquist va Bode thuc nghiém ( e ) và tính toán theo so dé điện tương đương(-)

Các giá trị điện trở phân cực của điện cực thép được xác định và trình bày

Xử lý kết quả đo tổng trở bằng phần mềm của AUTOLAB theo sơ đổ

mạch điện tương đương nêu trên ta thu được các thông số của mạch điện Hình

3.4 trình bày phổ tổng trở đo được và phổ tổng trở tính toán theo sơ đồ điện

tương đương (Hình 3.3) Nhận thấy đường tính toán và thực nghiệm gần như trùng khít nhau,

Hình 3.4: Phổ Nyquist và Bode thực nghiệm ( e ) và tính toán theo sở đô mạch tương đương(-)

Các giá trị điện trở phân cực của điện cực thép được xác định và trình bày

Gi4 tri R, dic trưng cho quá trình ăn mòn diễn ra trén bé mat thép, su

biến thiên của giá trị điện trở phân cực tỉ lệ nghịch với mật độ đồng ăn mòn và ti

lệ thuận với độ bên ăn mòn của điện cực thép Hình 3.5 biểu diễn sự phụ thuộc

của điện trổ phân cực và mật độ dòng ăn mòn vào nông độ clay nanoñil 5

Hình 3.5: Biến thiên một độ dòng ăn mòn và điện trở phân cực theo nông đệ clay

Các kết quả trong Bảng 3.2 và Hình 3.5 cho thấy so với mẫu trắng không

có clay, sự có mặt của clay hữu cơ làm tăng đáng kể điện trở phân cực R„ So sánh các mẫu có chứa clay nanoBil 5 thi R, tang khi nẵng độ nanoñil 5 tăng từ 1g/ lên 3 gi, sau đó giảm nếu tiếp tục tăng nồng độ clay lên 4-5 gi

Hiệu suất ức chế ăn mòn có thể được tính dựa vào các giá trị điện trở phân cực theo công thức (1.2) Hiệu suất ức chế ăn mòn đạt cực đại là 76,2 % với nỗng độ nanoñil 5 là 3g1

Hình 3.6 trình bày sự khác nhau của hiệu suất ức chế ăn mòn tính theo

phương pháp đo đường cong phân cực và tổng trở điện hóa,

Kết quả và Tháo luận

Hình 3.6 cho thấy với hai phương pháp nghiên cứu là đo đường cong phân

cực và tổng trở điện hoá thì hiệu suất ức chế có xu hướng tăng giám giống nhau

và đều có giá trị cực đại ở nông độ nanoBil 5 là 3 g/1 Hiệu suất ức chế ăn mòn

xác định theo phương pháp tổng trổ có giá trị cao hơn xác định theo phương pháp đường cong phân cực Tuy nhiên so sánh hai phương pháp với nhau thì phương pháp tổng trổ là phương pháp không phá hủy, phép đo tổng trở có thể thực hiện

trong thời gian ngắn, vì vậy cho phép xác định hiệu suất ức chế ăn mòn nhanh

hơn phương pháp đo đường cong phân cực Phương pháp tổng trở ñgầy càng được

ứng dụng nhiều trong nghiên cứu ăn mòn

c/ Quan sát bề mặt

e Ảnh kỹ thuật số

Đồng thời với các phương pháp điện hóa, mức độ ăn mòn còn được đánh

giá một cách trực quan bằng ảnh chụp kỹ thuật số trên máy Sony DCS-T9, độ

phan giai 6.0 mega pixels ở Hình 3.7

cết quả và Thảo luận

Hình 3.7: Ảnh chụp kỹ thuật số bê mặt điện cực thép sau khi ngâm 60 phút

trong các dung dich NaCl 0,1 M véi cdc nông độ nanofil 5 khác nhau

Với điện cực thép ngâm trong dung dịch không có nanofil 5, ta thấy bể mặt

điện cực bị gỉ đều, rõ rệt, vết gỉ sâu Điện cực ngâm trong dung dịch chứa 1g/1

nanofil 5 cũng có các vết gỉ rõ rệt, tuy nhiên mức độ gỉ thấp hơn mẫu trắng Với

điện cực thép ngâm trong dung dịch chứa 3 g/1 và 5 g/1 nanofil 5 thì mức độ gỉ

giảm hơn hẳn Kết quả quan sát bề mặt này cũng phù hợp với các kết quả đo điện

bỀ mặt thép sau khi ngâm trong dung dich NaC] 0,1 M không chứa và chứa clay

nanofil 5 ở nồng độ 3 g/1 ở Hình 3.8

(a)

(b)

dung dich NaCl 0,1M (b) va trong dung dịch NaCL 0,1 M với 3 gf nanofil 5 (c)

Kết quả và Thảo luận

Ta thấy Nanofil 5 có cấu trúc lá mỏng, tách rời nhau

Bé mặt thép ng4m trong dung dich NaCl 0,1 M có cấu trúc của các hạt 5xit sắt dạng thanh, mắnh kết thành từng khối nhỏ

Bé mat thép ngâm trong dung địch chứa nanoñil 5 có cấu trúc của các lá clay mỏng kích thước rất nhỏ xen kẽ với các thanh oxit sắt Chính sự xen kẽ các

lá clay có thể giải thích cho tác dụng ức chế ăn mòn thép của nanofñil 5 Các lá

clay này chưa che phủ hết bể mặt thép, vì vậy hiệu suất ức chế cao nhất chỉ đạt

76,2 % sau 60 phút ngâm trong dung dịch

Vậy với kết quả thu cho thấy clay nanofil Š có tác dụng ức chế ăn mòn cho

thép Cacbon trong môi trường NaCl 0,1 M Khả năng ức chế ăn mòn phụ thuộc

vào nông độ clay Nông độ clay 3g/1 cho hiệu suất ăn mòn cao nhất- trên 76 %

3.1.1.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ etanoV/nước trong dung dịch đến khả năng

ức chế ăn mòn của clay nanofil 5

Khả năng ức chế ăn mòn của clay nanofil 5 phụ thuộc rất nhiều vào sự

hấp phụ các hạt clay nanofil 5 lên bể mặt thép Clay nanofil 5 là clay đã được hữu cơ hóa, vì vậy không phân tán tốt trong nước, nhưng có thể phân tán tốt

trong dung môi hữu cơ Hơn nữa môi trường ăn mòn nghiên cứu là NaC] 0,1M

khiến cho clay rất khó phân tán Vì vậy trong phân này chúng tôi tiến hành

nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ etanol/nước trong dung dịch đến khả năng ức chế

4n mon cua nanofil 5 bằng hai phương pháp: Đo đường cong phân cực thế động

8/ Đo đường cong phân cực thể động

Hình 3.9 trình bày đường cong phân cực của điện cực thép sau 60 phút ngam trong dung dich NaCl 0,1 M chita 3g/i nanofil 5 vdi cdc tỈ lệ etanoU/nước

Hình 3.9: Đường cong phân Cực của điện cực thép sau 6Ö phút ngâm trong các

dụng dịch NaCl 0,1 M v4 clay nanofil 3 nong dé 3 gf, dung dich co ti lé

etanol/nude la: 2/8; 3/7; 446; 5/5 va 6/4

Ta thấy khi hàm lugng etanol trong dung dich tang thi thé an mon cia

điện cực dich về phía anốt Khi tỉ lệ etanoV/nước tăng từ 2/8 lên 4/6 mật độ dòng

An mon giảm từ 12 HA/cm” xuống còn 3,9 A/cm’, nhưng khi tiếp tục tăng tỉ lệ

etanol/nước = 6/4 thì mật độ dòng tăng nhẹ lên 4,4 HA/cm” TÍ lệ etanol/nước là

Kết quả và Thảo luận

4/6 cho mật độ đồng ăn mòn thấp nhất Các kết quả trên có thể được giải thích

bởi cấu trúc của clay: clay được hữu cơ hóa có các mạch alkylamin chèn giữa các tấm siHcat, do đó vừa có phần ki nude và ưa nước Vì vậy độ phân tần và

khả năng hấp phụ của các hạt clay lên bể mặt thép phụ thuộc nhiều vào thành

phần của dung dịch Vậy với clay nanoBil 5 tỉ lệ etanolV/nước = 4/6 là điều kiện

tốt nhất để các hạt clay phân tán và hấp phụ trên bể mat dé bdo vệ chống ăn

mon thép

Các giá trị thế ăn mòn và mật độ dòng ăn mòn được trình bày trong Bang 3.3 sau:

Bảng 3.3: Giá trị thể ăn mòn, mật độ dòng ăn mòn của điện cực thép trong dụng

dịch với các tỉ lệ etanomước khác nhau

b/ Đo tổng trở điện hóa

Hình 3.10 trình bày phổ tổng trở của điện cực thép sau 60 phút ngầm trong

dung dich NaCl 0,1M chứa 3 gñ nanofil 5 với các tỉ lệ etanoV/nước khác nhau

Kết quả và Thảo luận

Ảnh hưởng của tỉ lệ etanoVnước đến khả năng ức chế ăn mòn của nanofil

theo tỉ lệ etanol/nước trên Hình 3.11

Kết quả và Thảo luận

mon vao ti lé etanol/nước

> Vay vdi cdc két qua cho thấy hai phương pháp nghiên cứu sử dụng cho kết

quả đông nhất Khả năng ức chế ăn mòn của clay nanojfil 5 phụ thuộc vào ti lệ etanol⁄nước trong dung địch Tỉ lệ etanol/nước = 4/6 cho khả năng ức chế ăn mòn cao nhất

3.1.1.3 Ảnh hưởng của thời gian ngâm trong dung dịch NaCl 0,1 M chứa ức chế nanofil 5

Các kết quả nghiên cứu ở trên cho thấy nồng độ nanofil 5 là 3g/l cho kha năng ức chế ăn mòn cao nhất, chúng tôi chọn nồng độ này để khảo sát ảnh

hưởng của thời gian ngâm điện cực trong dung dịch đến khả năng ức chế ăn mòn

cia nanofil 5 Hình 3.12 trình bày phổ tổng trở của điện cực thép sau khi ngâm

30: 60: 90; 120; 150; 180; 210 và 240 phút trong dung dich NaCl 0,1 M, nồng độ nanofil 1a 3 g/l Sự biến thiên của điện trở phân cực theo thời gian ngâm được

Hink 3.12: Phổ tổng trở của điện cực thép sau các thời gian ngâm khác nhau

trong dung dịch NaCI 0,1M với nẵng dé clay nanofil 5 la 3 gf

Hình 3.13: Sự biến thiên của điên trở phần cực theo thời gian ngâm điện cực

NaCl 0,1 M với nỗng độ nanoBl 5 là 3 g/1

Ta thấy ở 120 phút đầu ngâm trong dụng dịch, điện trở phân cực tăng khá

nhanh theo thời gian ngâm, sau đó khi thời gian ngâm tiếp tục tăng điện trở phân

cực tăng chậm lại Điều này phù hợp với các kết quả đã công bố về nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian ngâm đến hiệu suất ức chế ăn mòn [13, 21]

3.1.2 So sánh khả năng ức chế ăn mòn thép trong dung dich NaC! 0,1

M của 3 loại clay hữu cơ

Các kết quả nghiên cứu ở trên cho thấy clay hữu cơ nanofñil 5 có khả năng

ức chế ăn mòn thép trong dung địch NaCl 0,1M Hiệu suất ức chế ăn mòn cao nhất thu được với nông độ clay là 3g/1 Khả năng ức chế ăn mòn phụ thuộc vào ti

lê etano/nước trong dụng dịch và thời gian ngâm mẫu Trong phần này chúng tôi

<0 sánh khả năng Ức chế ăn mòn thép của 3 loại clay hữu cd 14 nanofil 5, nanofil

8 (cha Sud Chime) va perchem 44 (của Rock Wood)

Kết quả và Thảo luận

Nồng độ clay được chọn là 3 g/l, tỉ lệ etanol/nước là 4/6 Khả năng ức chế

ăn mòn được nghiên cứu bằng phương pháp đo đường cong phân cực và phương

pháp tổng trở điện hóa

a/ Đo đường cong phân cực thế động

Hình 3.14 trình bày đường cong phân cực của điện cực thép sau 60 phút ngâm dung dịch NaCl 0,1 M không clay và có các clay hữu cơ khác nhau Các giá trị thế ăn mòn, mật độ dòng ăn mòn và hiệu suất ức chế ăn mòn được trình

Hình 3.14: Đường cong phân cực của điện cực thép sau ó0 phút ngâm

gl: Uo: không clay; N5: nanofil 5; N8: nanofil 8; P44: clay perchem 44

Hình 3.14 cho thấy các đường cong phân cực catốt của điện cực thép trong các dung dịch chứa clay không khác nhau nhiều và đều có giá

So các mẫu chứa clay với nhau thi, mẫu chứa clay nanofil 5 có đường cong anốt thấp nhất sau đó đến mẫu chứa perchem 44, mẫu chứa nanofil § có

đường cong anốt gần trùng đường cong anốt của mẫu trắng

Leai clay se Leorr Hiéu sudt We ché

b/ Đo tổng trở điện hóa

Hình 3.15 trình bày phổ tổng trổ của điện cực thép đo sau 60 phút ngầm

trong dung dich NaCl 0,1M với các loại clay khác nhau, Điện trở phân cực được

xác định từ phố tổng trở bằng phần mềm AUTOLAB, hiệu suất ức chế được tính theo giá trị điện trở phân cực (Công thức 1.2) trên Bảng 3.5

clay nanofil 5, sau đó đến perchem 44, thấp nhất là nanofil 8,

Bang 3.5: Giá trị điện trở phân cực và hiệu suất ức chế ăn mòn của 3 loại clay

kết quả đánh giá khả năng ức chế ăn mòn thép của ba loại

ai phương pháp, sự phụ thuộc điện trở phân cực, mật độ dòng ăn mòn

Kết quá và Tháo luận