Khảo sát khả năng chống ăn mòn sắt trong môi trường axit h2so4 1 của dịch chiết cây chè thái nguyên

- Chống ăn mòn kim loại bằng phương pháp sử dụng chất ức chế.. Có nhiều phương pháp chống ăn mòn kim loại như: Cách li kim loại và hợp kim với môi trường ăn mòn; dùng hợp kim khó bị ăn m

ĐẠI HỌC TH ÁI N G U Y ÊN

K H O A K HO A HỌC T ự N H IÊN & XÃ HỘI

-

-ĐÀO THỊ TUÂN

KHẢO SÁT KHẢ NĂNG CHỔNG ĂN MÒN SẮT TRONG MÔI TRƯỜNG AXIT H2S 0 4 1% CỦA DỊCH CHIẾT CÂY CHÈ THÁI NGUYÊN

LUẬN VÃN TỐT NG H IỆ P ĐẠI HỌC

NGÀNH: HÓA HỌC

Giáo viên hướng dẫn: T h s Trương Thị Thảo

TH ÁI N G U Y ÊN - 2008

Em xin cảm ơn sự giúp đỡ tạo điểu kiện của GS.TS Lê Quốc Hùng cùng tập thể phòng ứng dụng máy tính trong nghiên cứu hóa học - Viện Hóa Học - Viện Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam; các thầy cô giáo trong bộ môn Hóa học, cán bộ phòng thí nghiệm Hóa học - Bộ môn Hóa Học - Khoa Khoa Học

Tự Nhiên & Xã Hội - Đại Học Thái Nguyên đã giúp đỡ em hoàn thành đề tài này

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và tập thể lớp CN Hóa-K2 đã cổ vũ động viên hoàn thành đề tài này

Sinh viên

KHTN&XH Bộ môn hóa học

MỤC LỤC

TÓM TÁT KẾT QUẢ NGHIÊN c ú u 1

MỞ Đ Ầ U 2

Chương 1: T ổ N G Q U A N 3

1.1 Khái quát về cây chè 3

1.1.1 Đặc điểm thực vật [22, 23] 3

1.1.2 Đặc điểm hình thái học và phán bó' [19,21] 3

1.1.3 Vai trò [1 4 ,1 9 , 221] 4

1.1.4 Đặc tính sinh hoá [19,21,23] 5

1.2 Ản mòn kim loại và chông ăn mòn kim loại 8

1.2.1 Khái niệm 8

1.2.2 Phân loại ăn mòn kim lo ạ i 9

1.2.3 Các phương pháp chống ăn mòn kim loại 10

1.3 Chông ăn mòn kim loại bằng phương pháp sử dụng chất ức ch è 11

1.3.1 Phán loại chất ức c h ế 11

1.3.2 M ột s ố lĩnh vực ứng dụng chủ yếu của chất ức ch ế 11

1.3.3 C ơ chê bảo vệ kim loại trong phuơìtg pháp dùng chất ức ch ế 13

1.4 Nghiên cứu, ứng dụng chất ức chế ăn mòn kim loại ở nước ta hiện nay, hiện trạng và hướng phát triển 13

1.5 Phương pháp nghiên cứu 15

1.5.1 Nghiên cứu thành phần, cáu trúc dịch ch iết 15

1.5.2 Nghiên cứu ăn mòn kim loại bằng phương pháp điện hoá 17

l ế6 Nội dung đề tài 18

Chương 2: THỰC N G H IỆ M 19

2.1 Chiết, tách dịch chiết của chè 19

2ẻ2 Đo kháo sát khả năng ức chẽ ăn mòn kim loại 20

2.2.1 Cách tiên hành 20

2.2.2 Phương ph áp đo ăn mòn theo phương pháp điện hoá 22

2.3 Khảo sát thành phần 22

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO L U Ậ N 23

3.1 Hiệu suất thu hồi dịch chiết 23

3.2 Kết quả khảo sát ăn mòn sắt trong môi trường H2S 0 4 1% 23

3ẳ3.Khảo sát ãn mòn sát trong dung dịch H2S 0 4 1% trong các dịch chiết 24

3.3.1 Dịch chiết E60 24

3.3.2 Dịch chiết E80 27

3.3.3 Dịch chiết E90 31

3.4 Xác định thành phần chính của cây chè xanh gây ức chê kim loại 36

KẾT LUẬN C H U N G 40

TÀI LIỆU THAM KH Ả O 41

KHTN&XH Bộ môn hóa học

DANH MỤC VIẾT TẮTE60: dịch chiết chè xanh trong hệ dung môi etanol: nước (6:4)

E80: dịch chiết chè xanh trong hệ dung môi etanol: nước (8:2)

E90: dịch chiết chè xanh trong hệ dung môi etanol: nước (9:1)

TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN c ú u

Trong đề tài ’’Khảo sát khả năng chống ăn mòn sắt trong môi trường axit của dịch chiết cây chè ở Thái nguyên” chúng tôi đã tiến hành:

1Ế Lý thuyết

- Khái quát cây chè

- Ăn mòn kim loại và chống ăn mòn kim loại

- Chống ăn mòn kim loại bằng phương pháp sử dụng chất ức chế

- Phương pháp nghiên cứu

2 Thực nghiệm

- Chiết lá chè tươi bằng phương pháp chiết cồn

- Khảo sát khả năng ức chế ăn mòn sắt trong dung dịch H2S 0 4 1% của các dịch chiết trên

- Xác định thành phần chủ yếu gây ức chế ăn mòn tốt nhất trong dịch chiết chè xanh

3 Kết quả

- Tất cả các dịch chiết đều có khả năng ức chế ăn mòn sắt trong môi trường

H2S04 1 % mặc dù ở các nồng độ dịch chiết thấp Dịch chiết E80 nồng độ 5,0 g/1 có

khả năng ức chế ăn mòn sắt tốt nhất, tốc độ ăn mòn sắt trong môi trường H2S04 1% giảm từ 8,0069 lCrVng/cmls khi không có mặt dịch chiết xuống 4,4654.10'4 mg/cm2.s khi có mặt dịch chiết E80 nồng độ 5 g/1

- Thành phần chủ yếu trong dịch chiết chè xanh có khả năng ức chế ăn mòn kim loại Fe trong môi trường axit H2S04 1% là Epigallocatechin-3-gallate (EGCG)ễ

KHTN&XH Bộ môn hóa học

MỞ ĐẦU

Ăn mòn kim loại là sự phá huỷ kim loại và hợp kim do tác động hoá lý của môi trường Hậu quả của ăn mòn kim loại là làm thay đổi tính chất, suy giảm nhiều chức năng của kim loại và hợp kim, dẫn tới giảm tuổi thọ của các thiết bị, công trình, gây tổn thất to lớn về nhiều mặt cho nền kinh tế quốc dân [1,11,17] Có nhiều phương pháp chống ăn mòn kim loại như: Cách li kim loại và hợp kim với môi trường ăn mòn; dùng hợp kim khó bị ăn mòn; bảo vệ kim loại và hợp kim bằng phương pháp điện hoá; sử dụng chất ức chế chống ăn mòn Trên thế giới hiện nay đang có xu hướng nghiên cứu sử dụng các hợp chất thiên nhiên làm chất ức chế ăn mòn kim loại, đặc biệt là các hợp chất hữu cơ tách ra từ thực vật Những hợp chất này có ưu điểm hơn hẳn so với các chất tổng hợp hoá học như: rẻ tiền, dễ sử dụng, không gây ô nhiễm môi trường

Nước ta nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa ánh sáng nhiều, lượng mưa lớn, độ ẩm cao nên thảm thực vật phong phú đa dạng vào bậc nhất thế giới [20], Nhiều cây không những là thức uống lí tưởng mà còn đưa vào sử dụng làm chất ức chế chống ăn mòn kim loại như chè, thuốc lá Trong đó, chè

là loại cây khá phổ biến trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, đặc biệt là khu vực Thái Nguyên loài cây này được trồng với diện tích và sản lượng khá lớn

Đã có nhiều công trình nghiên cứu về thành phần hoá học của cây chè Tuy nhiên khả năng làm chất ức chế chống ăn mòn của cây chè Thái Nguyên

vẫn chưa có tài liệu nghiên cứu chi tiết Vì vậy chúng tôi chọn đề tài là “Khảo sát khả năng chống ăn mòn sắt trong môi trường axit của dịch chiết cây chè Thái Nguyên” góp phần tìm hiểu thêm về các ứng dụng và nâng cao giá

trị sử dụng của loại cây quen thuộc này trong đời sống hàng ngày

C hương 1: TỔNG QUAN 1.1 Khái quát về cây chè.

1.1.1 Đặc điểm thực vật [22, 23].

Cây chè có tên khoa học là Camellia sinensis, là loài cây lá chồi được

sử dụng để sản xuất chè, tên sinensis có nghĩa là “Trung Quốc” Trong tiếng Latinh, danh pháp khoa học cũ còn có tên là Thea bohea và Thea viridis

Camellia sinensis có nguồn gốc từ khu vực Đông Nam Á nhưng ngày nay

được trồng ở các khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới trên toàn thế giới

* Phân loại khoa học

Giới (Kingdơn): Plantae.

Ngành (División): Magnoliophyta.

Lớp (Class): Magnoliopsida.

Bộ (Ordo): Encales.

Họ (Familia): Theaceae.

Chi (Gemís): Cameỉlia.

Loài (Species): S.Sinensis.

1.1.2 Đặc điểm hình thái học và phân b ố [1921],

* Thân và cành:

Cây chè sinh trưởng trong điều kiện tự nhiên là đơn trục tức là chỉ có một thân chính, trên đó phân ra các cấp cành Thân bao gồm thân gỗ, thân nhỡ (thân bán nhỡ), và thân bụi:

- Thân gỗ: cây cao to có thân chính rõ rệt, vị trí phân cành cao

- Thân nhỡ: vị trí phân cành thường cao khoảng 20-30cm

- Thân bụi: không có thân rõ rệt, tán cày rộng thấp, phân cành nhiều

KHTN&XH Bộ môn hỏa học

* Lá chè:

Mọc cách trên cành, mỗi đốt có một lá Chúng thường thay đổi theo các loại giống khác nhau Lá của chúng dài từ 4-15 cm và rộng từ 2-5 cm, lá khô chứa 3-5% cafein [14] Lá non và các lá xanh lục nhạt được thu hoạch để sản xuất chè Khi non mặt dưới của chúng còn có các sợi lông tơ màu trắng, các

lá già có màu lục sẫm Lá có gân rất rõ, rìa lá thường có răng cưa

Hình 1: Cành, lá, hoa, quả chè

Hỗn hợp tanin chè có khả năng giải khát, chữa một sô' bệnh như: tả, lỵ, thương hàn Nhiều thầy thuốc còn dùng nước chè xanh để chữa sỏi thận, sỏi bàng quang và chảy máu dạ dày Theo xác nhận của M.N.Zaprometop thì hiện nay chưa tìm được chất nào lại có tác dụng làm chắc các mao mạch tốt như catechin của chè [21].

Theo nhiều nhà khoa học xác định ảnh hưởng tích cực của nước chè xanh tới tình trạng chức năng của hệ thống tim mạch, sự cản các mao mạch, trao đổi muối, nước, tình trạng chức năng hô hấp và sự trao đổi vitamin c Một tác dụng đặc biệt của chè được phát hiện gần đây là tác dụng chống chất phóng xạ, điều này được các nhà khoa học Nhật Bản thông báo qua việc chứng minh chè có tác dụng chống được chất stronti (Sr) 90 là một đơn vị phóng xạ nguy hiểm

Dạng tan trong este: phân tử lượng 320-360

Dạng tan trong nước hoặc axeton: phân tử lượng 420- 450

Dạng kết hợp với protein (chỉ sau khi dùng dung dịch NaOH 0,5% để

xử lí mới có thể hoà tan được trong dung dịch)

Yếu tố cấu trúc cơ bản đặc trưng cho lớp này là sự có mặt ít nhất một nhân benzen liên kết với nhóm hidroxi ở dạng tự do hoặc liên kết với nhóm chức khác chứa este, e te

KHTN&XH Bộ môn hỏa học

Đa số các hợp chất phenol chia làm ba nhóm theo cấu trúc bộ khung

cacbon của chúng Dãy các chất C6- c„ c 6- C3, C6- C3- C6:

* Nhóm C6-C3-C6: gồm hai vòng C6 và có cầu giữa là C3

Flavonnoit

Tanin dùng trong y học để cầm máu, có khả năng tăng cường sức đé kháng của thành huyết quản trong cơ thể động vật, tăng cường tích luỹ và đồng hoá sinh tố c.

Để chiết các ílavonoit hay sử dụng dung môi là dung dịch cồn 80% hoặc 60% (EtOH, MeOH) Các dung môi ít phân cực sẽ thuận lợi cho việc chiết aglycon (dạng tự do), liên kết với nhân benzen được hidroxyl hoá mạnh

dễ dàng tan vào trong ancol ở các nồng độ khác nhau hoặc các axeton, do đó các dung môi phân cực thuận lợi cho việc chiết nhóm này

1.1.4.3 Ankanoit.

Trong chè có nhiều loại ankanoit nhưng nhiều nhất là cafein (3-5%) Ankaloit không có khả năng phân li H+ tức là không có tính axit mà chỉ là một kiềm yếu Cafein hoà tan trong nước với tỉ lệ 1/46, dễ hoà tan trong dung môi cloroíoc Caíein kích thích hệ thần kinh trung ương, kích thích cơ năng hoạt động của tim, có tác dụng lợi tiểu

/ 1.4.4 Protein và axit amin.

Protein phân bố không đều ở các thành phần của búp chè và thay đổi theo giống, điều kiện canh tác và các yếu tố khác Nếu protein kết hợp với (tanin, poliphenol) tạo hợp chất không tan làm vị chát và đắng giảm đi Ngày nay người ta tìm thấy trong chè có 17 axit amin Các axit amin cùng với đường và tanin tạo ankaloit có mùi thơm của chè, làm chè xanh có dư vị tốt

CH3Cafein

KHTN&XH Bộ môn hóa học

1.1.4.5 Gluxit và pectin.

* Gluxit: có lượng hoà tan rất ít, nhưng lượng không hoà tan nhiều Hàm lượng đường hoà tan trong chè tuy ít nhưng rất quan trọng đối với hương

vị chè Đường kết hợp với protein hoặc axit amin tạo hợp chất thơm

* Pectin: trong chè, pectin thường ở dạng hoà tan trong nước, tan trong axit oxalic, tan trong amon oxalat, pectin cũng tham gia vào tạo hương vị chè

1.1.4.6 Dầu thơm.

Có rất ít dầu thơm trong chè, hàm lượng trong lá chè tươi là 0,009% Hàm lượng dầu thơm tăng dần ở nơi có địa hình cao, ở lá non chứa ít hương thơm Tác dụng của dầu thơm là kích thích thần kinh trung ương làm tinh thần minh mẫn và thoải mái, dễ chịu nâng cao hiệu suất làm việc của các

0,007-cơ trong 0,007-cơ thể

Hậu quả của ăn mòn kim loại là: nguyên tử kim loại bị oxi hoá thành ion kim loại và mất đi tính chất quí báu của kim loại ( M - ne —> Mn+).

1.2.2 Phán loại ăn mòn kim loại

Có nhiều cách phân loại ăn mòn kim loại Tuỳ theo môi trường và cơ chế của sự ãn mòn, người ta chia thành hai loại chính, đó là: ăn mòn hoá học

và ăn mòn điện hoá [6,11,17]

/.2 2 Ể2 Ăn mòn điện hoá

Ăn mòn điện hoá là sự phá huỷ kim loại do kim loại tiếp xúc với dung dịch điện li tạo nên dòng điện

Bản chất của ãn mòn điện hoá là một quá trình oxi hoá khử xảy ra trên

bề mặt giới hạn hai pha: kim loại/dung dịch điện li Khi đó kim loại bị hoà tan

ở vùng anot (cực -), kèm theo phản ứng giải phóng H2 hoặc tiêu thụ 0 2 ở vùng catot (cực +), đồng thời sinh ra dòng điện

Anot (quá trình oxi hoá): M - ne -» Mn+

Catot (qúa trình khử): 2H+ + 2e-> H2 (môi trường axit)

0 2 + 2H20 + 4e -> 4 0 H ' (môi trường trung tính)

KHTN&XH BÔ môn hóa học

1.2.3 Các phương pháp chống ăn mòn kim loại.

Có nhiều phương pháp chống ăn mòn kim loại [1,3,6,11,16] như:

/ Ệ2 ễ3.7 Phương pháp hợp kim hoá.

Người ta tạo hợp kim giữa kim loại cần bảo vệ với một hoặc một số kim loại khác như: crom; niken; molipđen; titan hoặc các kim loại có khả năng tạo lớp màng chống ãn mòn

1.2.3.2 Phương p h á p phủ lớp bảo vệ bằng các lớp phủ kim loại hoặc

p h i kim.

Kim loại cần bảo vệ được phủ bằng các lớp phủ kim loại, phi kim hoặc phủ lên bề mặt kim loại một lớp chất polime bền, trơ có tác dụng bảo vệ Phương pháp này trong nhiều trường hợp còn nâng cao độ bền mài mòn đồng thời có tác dụng trang trí

1.2.3.3 Bảo vệ điện hoá.

Phương pháp điện hoá ngày nay được sử dụng khá rộng rãi để chống

ăn mòn kim loại trong các điều kiện khí hậu khác nhau Nguyên tắc của phương pháp là thực hiện sự phân cực điện hoá sao cho dòng ãn mòn giảm đến giá trị nhỏ nhất trong môi trường ăn mòn Người ta chia ra làm hai loại bảo vệ điện hoá: bảo vệ anot và bảo vệ catot Phương pháp bảo vệ điện hoá được áp dụng khá phổ biến trong công nghiệp tàu biển, bảo vệ các giàn khoan

1.2.3.4 Phương pháp xử lý môi trường ăn mòn.

Việc xử lý môi trường làm giảm yếu tố gây ra sự ăn mòn chỉ được thực hiện khi thể tích cần bảo vệ nhỏ hoặc điều kiện công nghệ cho phép Tuy nhiên đây là một trong các biện pháp bảo vệ hiệu quả Có thể xử lý môi trường bằng cách: giảm hàm lượng các chất khử phân cực có mặt trong môi trường ăn mòn Các chất khử phân cực như 0 2; S 0 2; hơi axit làm tăng tốc độ ăn mòn

do vậy cần loại chúng ra khỏi thể tích cần bảo vệ bằng các phương pháp thích

hợp như: duy trì độ ẩm phù hợp; trung hoà môi trường axit; đuổi khí oxi; dùng

khí trơ thổi vào thể tích cần bảo vệ

I.2.3.5 Dùng chất ức chê ăn mòn.

Phương pháp này được trình bày kỹ hơn trong mục 1.3 và 1.4

1.3 Chống ăn mòn kim loại bằng phương pháp sử dụng chất ức chế.

* Chất ức c h ế ăn mòn kim loại:

Chất ức chế ăn mòn kim loại là chất khi được thèm với lượng nhỏ vào môi trường ăn mòn kim loại hoặc hợp kim sẽ làm giảm tốc độ ăn mòn kim loại hoặc hợp kim đó [17],

1.3.1 Phân loại chất ức chế.

Chất ức chế ăn mòn có thể được sử dụng trong các môi trường có độ pH khác nhau và được ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau nên có cách phân loại khác nhau:

* Phân loại theo thành phần hoá học: chất ức chế vô cơ; chất ức chế hữu cơ; chất ức chế dạng cao phân tử

* Phân loại theo cơ chế điện hoá: chất ức chế anot; chất ức chế catot; chất ức chế hỗn hợp cả anot và catot

* Phân loại theo đối tượng bảo vệ: chất ức chế ăn mòn kim loại đen; chất ức chế ăn mòn kim loại màu hoặc chất ức chế đa năng

* Phân loại theo môi trường ăn mòn: chất ức chế trong môi trường kiềm, axit, trung tính

* Phân loại theo trạng M i tác dụng: chất ức chế tiếp xúc; chất ức chế bay hơi

* Phân loại theo tính chất hoá học: chất ức chế có tính oxi hoá mạnh, chất ức chế có tính oxi hoá yếu; chất ức chế không có tính oxi hoá

1.3.2 M ột sô lĩnh vực ứng dụng chủ yếu của chất ức chế.

1.3.2.1 Sử dụng chất ức c h ế trong tẩy g ỉ kim loại bằng axit.

Tẩy gỉ kim loại bằng axit là công đoạn được tiến hành nhằm loại bỏ các sản phẩm ăn mòn hình thành trên bề mật kim loại (sắt, thép, nhôm ) để

KHTN&XH Bô môn hóa họcchuẩn bị bề mặt cho các công đoạn tiếp theo như: mạ kẽm, mạ thiếc, tráng men; mạ điện, sơn phủ Các chất ức chế tẩy gỉ axit có nhiệm vụ chủ yếu là làm giảm sự tấn công của axit vào bề mặt kim loại mà không làm ảnh hưởng đến tốc độ hoà tan gỉ bám trên nền kim loại.

1.3.2.2 Sử dụng chất ức c h ế trong công nghiệp dầu mỏ.

Chất ức chế trong công nghiệp dầu mỏ bao gồm: chất ức chế trong khai thác dầu và khí; chất ức chế trong tận thu dầu mỏ; chất ức chế trong lọc dầu; chất ức chế trong vận chuyển và cất giữ dầu mỏ; chất ức chế dùng trong các sản phẩm dầu mỏ

1.3.2.3 M ột sô' ứng dụng khác.

* ức chế ăn mòn các kim loại không phải sắt

Một sô' chất ức chế hiệu quả cao đối với sắt thép cũng có tác dụng ức chế đối với các kim loại không phải sắt như: đồng, nhôm, k ẽ m .Tuy nhiên đa

số chất ức chế có hiệu suất ức chế thay đổi nhiều (cao hơn hoặc thấp hơn) đối với các kim loại màu do sự khác nhau về cơ chế ức chế

* Chất ức chế pha hơi

Chất ức chế pha hơi (chất ức chế bay hơi) có khả năng bảo vệ các kim loại, sản phẩm, trang thiết bị làm bằng kim loại khỏi bị ăn mòn trong điều kiện khí quyển ẩm khi cất giữ, bảo quản

* Chất ức chế trong các hệ thống làm mát

Bộ tản nhiệt của ôtô thường được chế tạo từ 5 kim loại khác nhau (ví dụ: thép; đồng thau; sắt cán; nhôm; mối hàn chì - thiếc), lại làm việc trong điều kiện tiếp xúc với nguồn điện và chất điện li nên bị ăn mòn mạnh Do đó, phải sử dụng hỗn hợp các chất ức chế để bảo vệ các hệ thống làm mát phức tạp như vậy

* Các hợp chất dạng kem

Chất ức chế có thể tồn tại ở dạng kem (tạo màng không khô, có thể loại

bỏ dễ dàng, dùng bảo vệ các sản phẩm khi cất giữ và vận chuyển) Chất ức chế dạng kem có thê là: các chất hữu cơ bán phân cực, phân tán trong dầu hoặc

mỡ phân đoạn dầu nặng (dầu bảo quản, mỡ bảo quản )- Chất ức chế dạng kem có ứng dụng quan trọng trong quân đội do phần lớn các trang thiết bị quân sự thường ở trạng thái niêm cất.

1.3.3 C ơ c h ế bảo vệ kim loại trong phuơng pháp dùng chất ức chế.

Hiện nay cơ chế tác động của chất ức chế chống ăn mòn có nhiều ý kiến khác nhau, dưới đây chúng tôi trình bày những quan điểm chung nhất và

cơ bản nhất

/ ,3 ẳ3 ẳ/ Tác dụng của sự hấp phụ chất ức ch ế trên bề mặt kim loại.

Giai đoạn đầu của quá trình ức chế ăn mòn là quá trình hấp phụ Lượng chất ức chế hấp phụ lên bề mặt kim loại thường không lớn Khi được hấp phụ lên bề mặt kim loại, giữa chất ức chế và kim loại phải tạo được liên kết bền, sao cho chất ức chế tạo thành một lớp đơn phân tử trên bề mặt kim loại cần bảo vệ Trong một số trường hợp có thể tạo thành lớp kép Các phân tử ức chế hấp phụ hoá học không thuận nghịch có hiệu quả ức chế thường cao hơn so với hấp phụ vật lí

/ ếJ ẽ3.2 Tác dụng của chất ức c h ế lên phản ứng điện cực.

Các chất ức chế chống ăn mòn dù là chất ức chế anot, catot hay hỗn hợp anot - catot đều dẫn tới quá trình làm giảm sự ăn mòn, do sự hấp phụ của chúng lên bề mặt kim loại, làm thay đổi động học của phản ứng điện cực, do

đó tác động lên động học quá trình ăn mòn Như vậy, trong thành phần của chất ức chế phải có các nhóm chức có khả năng hấp phụ lên bề mặt kim loại

và làm thay đổi động học quá trình điện hoá

l ẵ4 Nghiên cứu, ứng dụng chất ức chê ăn mòn kim loại ở nước ta hiện nay, hiện trạng và hướng phát triển.

Nền công nghiệp nước ta trong nhiều nãm trước đây còn kém phát triển,

do đó nhu cầu sử dụng chất ức chế ăn mòn kim loại không lớn Hiện nay, một

số ngành công nghiệp nói riêng và toàn bộ nền kinh tế nói chung đang có những bước phát triển vượt bậc, từ đó nhu cầu sử dụng các chất ức chế ăn mòn

KHTN&XH Bộ môn hỏa họckim loại cũng tăng cao Một sô' lĩnh vực chính là: công nghiệp khai thác và lọc dầu; công nghiệp pha chế các sản phẩm dầu mỏ; vật liệu xây dựng; các sản phẩm tẩy rửa khác; hoá chất xử lý bề mặt kim loại và trong công tác bảo quản trang thiết bị quân sự

Hầu hết các chất ức chế ăn mòn kim loại mà nước ta đang sử dụng hiện nay là nhập từ nước ngoài Một số chất ức chế truyền thống đơn giản như: crommat; nitrit; benzoat vẫn được sử dụng mặc dù khá độc hại Trong thời gian tới, khi nước ta có công nghiệp lọc dầu, nhu cầu về chất ức chế ăn mòn kim loại sẽ tăng cao Trong quân sự, một lượng lớn các trang thiết bị cần phải được bảo quản, chúng ở trạng thái không làm việc dài ngày trong điều kiện khí hậu nóng ẩm nên bị ăn mòn rất mạnh Do vậy cũng rất cần các vật liệu bảo quản có sử dụng chất ức chế ăn mòn kim loại Các chất ức chế được sử dụng cho mục đích này ở dạng chất ức chế tan trong dầu, mỡ hoặc ở dạng bay hơi

Về phương diện nghiên cứu, trong nước đã có một số công trình được thực hiện về vấn đề này:

* Đề tài về chất ức chế ăn mòn của Viện hoá học các hợp chất thiên nhiên - Viện khoa học và công nghệ quốc gia Các hợp chất nghiên cứu chủ yếu dựa trên sản phẩm của phản ứng M annich (bazơ M annich) Lớp hợp chất này thường có áp suất hơi bão hoà tương đối cao, do đó chủ yếu được

sử dụng làm chất ức chế bay hơi Người ta sử dụng chất ức chế dạng này để bảo quản các trang thiết bị ở trạng thái không hoạt động dài ngày Chất ức chế bay hơi được áp dụng trong môi trường kín

* Phân viện Vật liệu - Viện Hoá học - Trung tâm Khoa học công nghệ Quân sự Tại đây đã tiến hành tổng hợp một số chất ức chế ăn mòn dùng cho dầu

mỡ bảo quản (dầu nitro hoá, dầu sunfo hoá ) Đây là các chất ức chế ăn mòn truyền thống được dùng trong dầu mỡ bảo quản của Liên Xô cũ

* Trung tâm nhiệt đói Việt - Nga - Bộ quốc phòng đã có 15 năm nghiên cứu về vật liệu bảo quản chống ăn mòn như dầu, mỡ bảo quản, màng phủ bảo vệ dùng cho mục đích quốc phòng Trong các sản phẩm đó có sử dụng một số chất

ức chế ăn mòn như các amin béo, hợp chất dị vòng chứa nitơ và lưu huỳnh, một

số chất ức chế từ sản phẩm dầu mỏ oxi hóa và nitro hóa Hiện nay, Trung tâm nhiệt đới Việt - Nga là một đầu mối cung cấp dầu, mỡ bảo quản, màng bảo vệ cho các đơn vị trong quân đội

* Viện Hoá học - Trung tàm Khoa học công nghệ quốc gia nghiên cứu về việc sử dụng các hợp chất thiên nhiên (như dịch cây bồ kết, màng tang, đỗ tương ) để xem khả năng chống ăn mòn kim loại

* Viện Kỹ thuật nhiệt đới - Viện Khoa học và công nghệ Việt Nam cũng

có nhiều công trình nghiên cứu dài hạn về vấn đề này

1.5 Phương pháp nghiên cứu.

1.5.1 Nghiên cứu thành phần, cáu trúc dịch chiết.

1.5.1.1 Phương pháp tách, chiết [12,20].

Tuỳ theo yêu vầu nghiên cứu và sản xuất mà các chất được chiết với dung môi thích hợp, ví dụ như nước, cồn, metanol, n-hexan hoặc hỗn hợp dung môi Thường dùng 2 cách ( chiết nước hoặc chiết cồn)

+ Chiết nước: nguyên liệu tươi (nếu bột khô chiết nước nóng) xay bột ngâm nước một thời gian xác định, ép, dùng nước rửa bã thu lấy phần dịch chiết đem chưng cất ở áp suất thấp, thu được cặn chiết, rửa nhiều lần bằng clorofom

+ Chiết cồn: bột nguyên liệu khô chiết nóng, hoặc ngâm với etanol một thời gian xácđịnh, lọc bằng phễu lọc busne bỏ bã rồi lấy dịch chiết đem chưng cất ở áp sất thấp thu được cặn chiết với hệ dung môi dùng etanol-nước

- Có nhiều phương pháp tách: thông thường sử dụng các phương pháp sắc kí giấy, sắc kí bản mỏng hoặc sắc kí cột với chất hấp phụ là silicagel, thuốc thử dùng để hiện màu là Epigallocatechin-3-gallate (EGCG)

KHTN&XH Bộ môn hóa học

1.5.1.2 Phương pháp sắc kí lớp mỏng (SKLM) [20].

* Nguyên tắc:

Quá trình tách tất cả các chất bằng SKLM xảy ra khi cho pha động di chuyển qua pha tĩnh, nhưng chỉ khác ở chỗ khác là hấp phụ (pha tĩnh) được giả thanh lớp mỏng trên tấm kính hoặc tấm kim loại (đối với SKLM) Trong quá trình chuyển động qua lớp chất hấp thụ, nhờ các quá trình hấp thụ - giải hấp thụ được lặp đi lặp lại và đo hệ số phàn bố khác nhau các cấu tử được dịch chuyển trên lớp mỏng, theo hướng pha động với những tốc độ khác nhau Kết quả thu được sắc kí đồ trên lớp mỏng

* Kĩ thuật đưa chất lên lớp mỏng:

Lấy một lượng nhỏ cặn chiết hòa tan bằng 2-3 giọt dung môi thích hợp (sử dụng dung môi dễ bay hơi nhất để hòa tan chất), sau đó dùng capilla chấm chất lên lớp mỏng dưới dạng vệt tròn nhỏ Làm khô vệt trước khi chấm thêm chất mới lên vệt cũ, nhưng không đưa quá nhiều chất lên lớp mỏng Triển khai với dung môi khi vệt chất đã hoàn toàn khô

* Dung môi:

Các dung môi đều được làm khan và chưng cất lại, sau đó pha các hệ dung môi theo tỉ lệ phù hợp Lắc kĩ cho các dung môi trộn đều nhau trong hệ rồi cho vào bình khai triển đáy bằng bình có nắp nhám kín Để yên dung môi đến khi bão hòa mới sử dụng để chạy SKLM

* Phát hiện vệt chất trên lớp mỏng: lớp mỏng được bức xạ bằng các

sóng tử ngoại ngắn (254 nm) và dài (366 nm) Các chất phát huỳnh quang tạo

ra các màu khác nhau

* Một sô' thuốc thử thường dùng để phát hiện vết chất:

- Vallilin/axit sunfuric có màu xanh lá cây, khi phun lèn lớp mỏng thường cho các vệt chất màu tím, tím hồng, tím đậm đỏ, hồng, vàng, da cam .chỉ ra sự có mặt các tecpennoit, flavonoit

- Thuốc thử Dragendoff- Munier: các vết chất ancaloit trên lớp mỏng khi hiện bằng thuốc thừ Dragendoff- Munier thường cho màu da cam

- Thuốc thử F e ơ 3: các vệt chất thường cho màu xanh đen, nâu

- Thuốc thử: Epigallocatechin-3-gallate (EGCG) vệt thường cho màuhổng

1.5.2 Nghiên cứu ăn mòn kim loại bằng phương pháp điện hoá.

Phương pháp điện hoá cho phép xác định tốc độ ăn mòn kim loại trong một thời gian ngắn, chính xác [6,11]

Trạng thái thí nghiệm của hệ ăn mòn là không có dòng điện do các quá trình điện cực cân bằng nhau

Đo ăn mòn điện hoá tức là đo dòng điện iam và thê điện cực Eam của hệ (đo đường cong phân cực) bằng cách phân cực hệ ra khỏi trạng thái cân bằng của nó rồi ngoại suy về trạng thái không có dòng điện Ớ đây sử dụng phương pháp đo điện thế ổn định (điện thế dừng), xây dựng đường cong phân cực, từ đường cong phân cực tính tốc độ ăn mòn theo 2 cách sau:

Bước 1: đo thế nghỉ (xác định EaJ OÒH VOi i MM ; v.,ế

-Bước 2: phân cực anot, catot và xây dựng đưwftg c »»ĩ|Ểflĩ-lổgi

Bước 3: tính tốc độ ăn mòn bằng cách ngoại suy một phần đường cong

ìm ijm (Đồ thị xây dựng bằng ngoại suy trên đoạn thảng nhất của đường cong

KHTN&XH BÔ môn hóa học

và trên một miền thế đủ dài (> 50 - 100mF), Evc- E tm > 20mV, thế rơi vào phân

cực nồng độ được hiệu chỉnh đến nhỏ nhất)

Ngoại suy miền anot cho đồ thị Ua = aa + ba* logi

Ngoại suy miền catot cho đồ thị Uc = ac + bc* logi

Hai đường này cắt nhau tại điểm có tọa độ (iam, Eam)

b Phương pháp điện trở phân cực.

Phương pháp này xác định điện trở phân cực Rp của hệ ăn mòn, tức là xác định độ dốc đường cong phân cực tại thế ổn định

Bước 1: đo thế nghỉ (xác định Eam)

Bước 2: phân cực anot, catot và xây dựng đường cong E-i

Bước 3: tính tốc độ ăn mòn bằng cách ngoại suy một phần đường cong

tìm iam, Eam

Cách phân cực: tại lân cận điểm i = 0 lấy 2 điểm để ngoại suy

( Epc - E am = 5 -1 0 mV) Đường thẳng xây dựng được có dạng: u = a + b*i Từ

hệ số góc b xác định được Rp ( n m2 )theo hệ thức b = k*Rp

1.6 Nội dung đề tài.

- Chiết tách lấy dịch chiết của cây chè Thái Nguyên

- Khảo sát khả năng chống ăn mòn sắt trong môi truờng H2S 0 41% của các dịch chiết thu được ở trên

- Khảo sát thành phần của dịch chiết có khả năng chống ăn mòn cao, tiếp tục chiết tách dịch chiết đó bằng các dung môi khác nhau, xác định thành phần có khá năng chống ăn mòn tốt nhất