ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TRẦN THỊ PHƯƠNG NGA ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HẠN CHẾ ĂN MỊN THÉP CT3 TRONG MƠI TRƯỜNG AXIT LỖNG CỦA HỖN HỢP CAFFEINE THIÊN NHIÊN VỚI ION Zn2+ HOẶC ION Mn2+ BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC THÁI NGUYÊN - 2016 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TRẦN THỊ PHƯƠNG NGA ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HẠN CHẾ ĂN MÒN THÉP CT3 TRONG MƠI TRƯỜNG AXIT LỖNG CỦA HỖN HỢP CAFFEINE THIÊN NHIÊN VỚI ION Zn2+ HOẶC ION Mn2+ BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60440118 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Trương Thị Thảo THÁI NGUYÊN - 2016 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tôi, tài liệu, kết luận văn trung thực chưa công bố cơng trình Tác giả Trần Thị Phương Nga a Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Tơi xin tỏ lịng cảm ơn chân thành sâu sắc tới TS Trương Thị Thảo tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức kinh nghiệm q báu để tơi hồn thành luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy, cô giáo, cán Khoa Hóa học - trường Đại học Khoa học Thái Nguyên giúp đỡ, tạo điều kiện cho suốt thời gian học tập nghiên cứu khoa học trường Xin chân thành cảm ơn tới gia đình, bạn bè đồng nghiệp quan tâm, động viên, giúp đỡ tạo điều kiện để tơi hồn thiện luận văn Trong trình thực luận văn hạn chế mặt thời gian trình độ chun mơn nên khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận ý kiến quý báu thầy cô, nhà khoa học, bạn bè đồng nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày … tháng 10 năm 2016 Tác giả Trần Thị Phương Nga b Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN a LỜI CẢM ƠN b MỤC LỤC c DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT f DANH MỤC CÁC BẢNG g DANH MỤC CÁC HÌNH j MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan ăn mòn kim loại 1.1.1 Định nghĩa ăn mòn kim loại 1.1.2 Phân loại ăn mòn 1.2 Khái quát thép 1.2.1 Khái niệm thép 1.2.2 Phân loại thép theo thành phần hóa học 1.2.3 Ứng dụng thép 1.2.4 Sự ăn mòn thép 1.2.5 Sự ăn mòn thép hợp kim thấp 1.3 Sử dụng chất ức chế bảo vệ chống ăn mòn kim loại 1.3.1 Giới thiệu chất ức chế chống ăn mòn kim loại 1.3.2 Cơ chế hoạt động chất ức chế ăn mòn kim loại 1.3.3 Phân loại chất ức chế kim loại 10 1.3.4 Chất ức chế dùng khảo sát 11 1.4 Các phương pháp nghiên cứu ăn mòn 14 1.4.1 Phương pháp trọng lượng 14 1.4.2 Phương pháp thể tích 15 1.4.3 Phương pháp điện hóa 15 1.4.4 Phương pháp phân tích 18 1.5 Các phương pháp phân tích xác định sắt 19 c Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 1.5.1 Phân tích khối lượng 19 1.5.2 Phân tích thể tích 19 1.5.3 Các phương pháp điện hóa 20 1.5.4 Phương pháp trắc quang 21 1.5.5 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử 22 1.6 Giới thiệu phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử 22 1.6.1 Nguyên tắc phép đo AAS 23 1.6.2 Trang thiết bị phép đo AAS 24 1.6.3 Ưu nhược điểm phương pháp 24 Chương PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 26 2.1 Phương pháp nghiên cứu 26 2.1.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp 26 2.1.2 Phương pháp đường chuẩn 26 2.2 Hóa chất - dụng cụ - thiết bị 27 2.2.1 Hóa chất 27 2.2.2 Dụng cụ 28 2.2.3 Thiết bị 28 2.3 Thực nghiệm 28 2.3.1 Khảo sát yếu tố xác định sắt phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử 28 2.3.2 Đánh giá độ xác phương pháp 34 2.3.3 Thực nghiệm ăn mịn phân tích xác định tốc độ ăn mòn 35 2.3.4 Định lượng Fe dung dịch nghiên cứu ăn mòn 37 2.4 Nội dung nghiên cứu 38 2.4.1 Khảo sát điều kiện thực nghiệm xác định Fe phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử dùng lửa 38 d Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 2.4.2 Khả ức chế ăn mịn thép CT3 mơi trường axit HCl 0,001N chất ức chế caffeine ion kim loại Mn2+, Zn2+ 38 2.4.3 Khả ức chế ăn mịn thép CT3 mơi trường axit HCl 0,001N kết hợp chất ức chế độ lập caffeine với ion kim loại Mn 2+, Zn2+ 38 Chương KẾT QUẢ THẢO LUẬN 39 3.1 Khảo sát điều kiện thực nghiệm xác định hàm lượng kim loại sắt phương pháp F - AAS 39 3.1.1 Kết khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến phép đo 39 3.1.2 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian đến ăn mòn kim loại 47 3.2 Kết thực nghiệm 49 3.2.1 So sánh mức độ tương quan phương pháp phân tích phương pháp khác nghiên cứu ăn mòn thép 49 3.2.2 Khả ức chế ăn mòn thép CT3 môi trường HCl 0,001N chất ức chế Caffeine ion kim loại Mn2+, Zn2+ 53 3.2.3 Khả ức chế ăn mòn thép CT3 môi trường axit HCl 10 -3N kết hợp caffeine với ion kim loại Zn2+ Mn2+ 56 KẾT LUẬN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 e Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT F - AAS Phép đo quang phổ hấp thụ nguyên tử lửa AAS Phép đo quang phổ hấp thụ nguyên tử Abs Độ hấp thụ DPP Cực phổ xung vi phân SQWP Cực phổ sóng vng HCL Đèn catot rỗng EDL Đèn phóng khơng điện cực LOD Giới hạn phát LOQ Giới hạn định lượng C Nồng độ chất ức chế (g/l) H (%) Hiệu bảo vệ R (Ω) Điện trở phân cực SEM Phương pháp hiển vi điện tử quét 𝜂 Quá T Thời gian (phút) f Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Thể tích cation cản trở thêm vào mẫu để nghiên cứu ảnh hưởng cation lạ phép đo phổ hấp thụ nguyên tử xác định sắt 31 Bảng 2.2: Bảng pha dung dịch chuẩn sắt khảo sát tuyến tính 32 Bảng 2.3: Bảng cơng thức tính xác định giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng đánh giá độ xác phép đo 34 Bảng 3.1: Độ hấp thụ dung dịch sắt chuẩn ppm dung dịch HCl 0,001N caffeine 1,0g/l khảo sát với bước sóng hấp thụ khác 39 Bảng 3.2: Độ hấp thụ dung dịch sắt chuẩn ppm dung dịch HCl 0,001N caffeine 1g/l đo với cường độ dòng đèn khác 40 Bảng 3.3: Độ hấp thụ dung dịch sắt chuẩn ppm dung dịch HCl 0,001N caffeine 1g/l đo với lưu lượng khí axetylen khác 41 Bảng 3.4: Độ hấp thụ dung dịch sắt chuẩn ppm dung dịch HCl 0,001N caffeine 1g/l đo với khe đo khác máy phổ hấp thụ nguyên tử 42 Bảng 3.5: Độ hấp thụ dung dịch sắt chuẩn ppm dung dịch HCl 0,001N caffeine 1g/l đo với chiều cao đèn nguyên tử hóa mẫu khác 43 Bảng 3.6: Độ hấp thụ nồng độ sắt dung dịch sắt chuẩn nồng độ ppm dung dịch có khơng có mặt ion lạ nồng độ khác 44 g Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Bảng 3.7: Độ hấp thụ nồng độ sắt thu đo lặp lại dung dịch sắt chuẩn 0,1ppm dung dịch HCl 0,001N caffeine 1g/l 45 Bảng 3.8: Kết đo nồng độ sắt dung dịch sắt chuẩn 0,1 ppm thêm dung dịch thêm chuẩn nồng độ khác 47 Bảng 3.9: Ảnh hưởng thời gian tới tốc độ ăn mòn thép 48 Bảng 3.10: Tổng kết điều kiện đo phổ F - AAS sắt 49 Bảng 3.11: Khả ức chế ăn mòn thép CT3 ngâm dung dịch HCl 1M ngày hiệu bảo vệ ăn mòn caffeine phương pháp trọng lượng 50 Bảng 3.12: Kết tốc độ ăn mòn thép CT3 dung dịch HCl 1M hiệu bảo vệ ăn mòn caffeine phương pháp đường cong phân cực 51 Bảng 3.13: Hiệu bảo vệ ăn mòn thép CT3 môi trường HCl 1M chất ức chế caffeine nồng độ khác phương pháp phân tích 52 Bảng 3.14: Hiệu ức chế ăn mòn thép CT3 mơi trường HCl 0,001N có mặt độc lập chất ức chế caffeine Mn2+ Zn2+ nồng độ khác 53 Bảng 3.15: Nồng độ Fe dung dịch nghiên cứu hiệu ức chế ăn mòn thép CT3 mơi trường HCl 0,001N có mặt hỗn hợp chất ức chế Caffeine 3g/l Mn2+ nồng độ khác 56 h Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn gian lên 90 phút 120 phút tốc độ ăn mòn giảm mạnh nồng độ sắt tăng cao Từ kết khảo sát chọn thời gian 60 phút/ lần ngâm Bảng 3.10: Tổng kết điều kiện đo phổ F - AAS sắt Các yếu tố Fe Vạch phổ hấp thụ (nm) Thông số máy đo 243,30 Khe đo (nm) 0,2 Cường độ dòng đèn (%Imax) (mA) 13 Lưu lượng khí nén (99,9%) (l/phút) 15 Lưu lượng khí C2H2 (99,9%) (l/ phút) Chiều cao Burner (nm) Vùng tuyến tính (mg/l) 0,5 - 10 Giới hạn phát (mg/l) 0,01 Giới hạn định lượng (mg/l) 0,04 Thời gian ngẫm mẫu khảo sát (phút) 60 3.2 Kết thực nghiệm 3.2.1 So sánh mức độ tương quan phương pháp phân tích phương pháp khác nghiên cứu ăn mòn thép Để so sánh mức độ tương quan phương pháp phân tích với phương pháp điện hóa, phương pháp trọng lượng phương pháp phân tích, tham khảo số kết nghiên cứu theo phương pháp trọng lượng phương pháp điện hóa tài liệu [6] để tiến hành so sánh phương pháp nghiên cứu ăn mòn thép với Theo tài liệu [6] kết nghiên cứu khả ức chế ăn mòn caffeine nồng độ khác cho thép CT3 dung dịch HCl 1M theo số phương pháp khác sau: * Theo phương pháp trọng lượng 49 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Xử lý bề mặt mẫu thép CT3 trước ngâm sau đen cân Tiến hành ngâm mẫu thép CT3 dung dịch HCl 1M có chất ức chế caffeine nồng độ khác thời gian ngày lấy mẫu thép rửa qua nước sấy khô đem cân lại thu khối lượng sắt bị ăn mòn, từ tính hiệu bảo vệ ăn mịn theo cơng thức 3.3: H= 𝑣𝑢 −𝑣𝑎𝑚 𝑣𝑢 × 100 (3.3) Trong đó: vu, vam tốc độ ăn mịn dung dịch dung dịch có chất ức chế Tốc độ ăn mòn thép hiệu ức chế ăn mịn thép CT3 trình bày bảng 3.11 Bảng 3.11: Khả ức chế ăn mòn thép CT3 ngâm dung dịch HCl 1M ngày hiệu bảo vệ ăn mòn caffeine phương pháp trọng lượng CCaffeine (g/l) 0,00 0,01 0,05 0,10 0,50 1,00 2,00 3,00 VAM 2,68 2,61 2,34 1,43 0,73 0,36 0,31 0,18 - 8,97 18,29 50,12 74,53 87,60 89,31 93,62 H (%) Từ bảng 3.11 ta nhận thấy vận tốc ăn mòn giảm hiệu bảo vệ ăn mòn thép CT3 tăng tăng nồng độ chất ức chế caffeine môi trường HCl 1M ngâm ngày Hiệu bảo vệ ăn mòn mạnh chất ức chế caffeiene nồng độ 3,0 g/l đạt 93,62% * Theo phương pháp đường cong phân cực Sử dụng phương pháp đường cong phân cực để đo tính hiệu bảo vệ ăn mịn thép CT3 môi trường HCl 1M với chất ức chế caffeine nồng độ khác Hiệu bảo vệ ăn mịn tính theo cơng thức 3.3: 50 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Kết thu được trình bày bảng 3.12 Bảng 3.12: Kết tốc độ ăn mòn thép CT3 dung dịch HCl 1M hiệu bảo vệ ăn mòn caffeine phương pháp đường cong phân cực Ccaffeine (g/L) Ecorr(V) R(Ω) vx10 (mm/year) 0.00 -0.46 77,71 8,76 0.01 -0.47 84,10 8,01 7,60 0.05 -0.47 91,12 7,40 14,72 0.10 -0.47 135,59 4,94 42,69 0,50 -0,47 246,96 2,81 68,53 1,00 -0,47 354,65 1,91 78,09 2,00 -0,46 391,27 1,73 80,14 3,00 -0,46 464,49 1,44 83,54 H% Từ bảng 3.12 ta thấy tốc độ ăn mòn giảm mạnh hiệu bảo vệ ăn mòn thép tăng mạnh tăng nồng độ chất ức chế caffeine môi trường HCl 1M * Theo phương pháp quan sát: Sử dụng phương pháp quan sát bề mặt vi mô để đánh giá khả hạn chế ăn mịn thép CT3 có khơng có chất ức chế caffeine 3,0g/l A B Hình 3.4: SEM hiển vi thép CT3 khơng có có chất ức chế caffeine 3g/l Như hai phương pháp cho thấy nồng độ caffeine tăng hiệu bảo vệ caffeine tăng dần, đặc biệt vùng nồng độ từ 1,0g/l trở lên Tuy hai phương pháp định lượng khơng phải hồn toàn phản ánh xu hướng hiệu có tương quan định Phương pháp quan sát 51 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn bề mặt vi mô cho ta thấy khơng có chất ức chế caffeine 3,0g/l mơi trường axit HCl 1M bề mặt mẫu thép CT3 có nhiều mảng bám mà đen sắt bị ăn mòn có nhiều lỗ ăn mịn với khích thước nhỏ, cịn có chất ức chế caffeine 3,0g/l mơi trường axit HCl 1M bề mặt mẫu thép CT3 sáng màu khơng bị ăn mịn Do để so sánh chúng tơi lấy phần dung dịch sau thử nghiệm ăn mòn 20 phút thép CT3 dung dịch HCl 1M xác định nồng độ sắt dung dịch nghiên cứu từ tính tốc độ ăn mịn CT3 mơi trường hiệu bảo vệ ăn mịn theo cơng thức(3.4) Kết thu bảng 3.13 H (%) = 𝐶0 −𝐶𝑥 𝐶0 100% (3.4) Trong đó: C0, Cx nồng độ sắt dung dịch dung dịch có chất ức chế Bảng 3.13: Hiệu bảo vệ ăn mịn thép CT3 mơi trường HCl 1M chất ức chế caffeine nồng độ khác phương pháp phân tích STT Dung dịch nghiên cứu Abs (Fe) CFe (ppm) H% Nền (HCl 1N, 20-30phút) 0,1675 6,755 HCl 1N + Caffeine 1g/l 0,0675 2,647 60,81 HCl 1N + Caffeine g/l 0,0575 2,236 66,90 HCl 1N + Caffeine 2,5g/l 0,0537 2,080 69,21 HCl 1N + Caffeine 5g/l 0,0417 1,587 76,51 Như từ kết ta thấy phương pháp điện hóa phương pháp phân tích, phương pháp phân tích phương pháp trọng lượng có mối tương quan với Tất phương pháp cho thấy hiệu bảo vệ ăn mòn tăng tăng nồng độ chất ức chế với nồng độ lớn 1,0g/l Các kết cho thấy phương pháp phân tích dùng đánh giá tốc độ ăn mòn mẫu nghiên cứu ăn mịn dung dịch Vì vậy, nghiên 52 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn cứu tiếp tục sử dụng phương pháp phân tích, cụ thể phương pháp phổ hấp thụ ngyên tử AAS để đánh giá tốc độ ăn mòn thép CT3 dung dịch HCl 0,001M; đánh giá khả ức chế ăn mòn caffeine, ion Mn2+, Zn2+ hỗn hợp caffeine với ion Mn2+ Zn2+ ăn mòn thép CT3 dung dịch HCl 0,001M 3.2.2 Khả ức chế ăn mòn thép CT3 môi trường HCl 0,001N chất ức chế Caffeine ion kim loại Mn2+, Zn2+ Để đánh giá khả ức chế ăn mòn chất ức chế độ lập Caffeine, Mn2+ Zn2+ cho thép CT3 môi trường axit HCl 0,001N , mẫu thép ngâm 60 phút dung dịch HCl 0,001N khơng có mặt chất ức chế ngâm mẫu thép dung dịch HCl 0,001N có mặt chất ức chế caffeine, ion kim loại Mn2+, Zn2+ nồng độ khác nhau, sau tiến hành đo dung dịch thu phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS thu nồng độ Fe có dung dịch bảng 3.15 Từ tính hiệu suất ức chế ăn mịn theo cơng thức 3.4 Các kết tính tốn trình bày bảng 3.14 Bảng 3.14: Hiệu ức chế ăn mòn thép CT3 mơi trường HCl 0,001N có mặt độc lập chất ức chế caffeine Mn2+ Zn2+ nồng độ khác Nồng độ chất ức chế môi trường HCl 0,001N Nền HCl 0,001N Mn2+ Caffeine Nồng Abs độ Fe (ppm) 0.1730 5,965 Hiệu Hiệu bảo vệ Zn2+ Nồng độ Abs (%) Fe bảo (ppm) vệ Nồng Abs độ Fe (ppm) (%) 0,1734 5,978 Hiệu bảo vệ (%) 0,1726 5,949 0,01 0.1517 5,231 12,30 0,1702 5,862 1,94 0,1553 5,340 10,24 0,05 0.0889 3,067 48,59 0,1654 5,696 4,72 0,1519 5,220 12,25 0,10 0.0867 2,969 50,23 0,1439 4,938 17,40 0,1514 5,202 12,56 53 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 0,50 0.0794 2,720 54,43 0,1389 4,762 20,34 0,1274 4,356 26,78 1,00 0.0749 2,568 56,96 0,1344 4,592 23,19 0,1120 3,848 35,32 2,50 0.0655 2,246 62,35 0,146 3,00 0.0609 2,085 65.04 0,129 5,00 0.0731 2,502 58,05 0,093 3,320 44,46 0,098 2,070 65,20 7,50 0.173 - - 0,138 1,930 67,71 0,095 2,11 64,53 10,00 0.1517 - - 0,1734 3,520 41,12 0,1726 2,00 66,38 3,820 26,43 0,126 - - 3,091 48,04 0,097 - - 80 70 Hiệu bảo vệ (%) 60 50 Mn2+ 40 Zn2+ 30 Caffeine 20 10 0 10 12 Nồng độ dung dịch (g/l) Hình 3.5: Hiệu suất bảo vệ thép CT3 môi trường HCl 0,001N có mặt chất ức chế độc lập Caffeine, Mn2+, Zn2+ nồng độ khác Từ hình 3.5 ta thấy hiệu bảo vệ ăn mòn thép CT3 chất ức chế độ lập caffeine môi trường axit HCl 0,001N tăng tăng nồng độ chất ức chế caffiene Ở nồng độ caffeine 0,001 g/l hiệu bảo vệ thấp đạt 12,30% Khi tăng nồng độ chât ức chế từ 0,05g/l - 1,00 g/l hiệu ức chế tăng khoảng 48,59% đến 56,96% Tiếp tục tăng nồng độ caffeine từ 1,00g/l đến 3,00g/l môi trường axit HCl 0,001N hiệu ức chế tăng đáng kể đạt hiệu bảo vệ cao nhât 54 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 65,04% nồng độ caffeine 3,00g/l Tuy nhiên tăng nồng độ caffeine lên 5,00g/l hiệu bảo vệ ăn mịn thép lại giảm so với hiệu bảo vệ nồng độ caffeine 3,00g/l Nhìn vào hình 3.5 đường biểu diễn hiệu bảo vệ ăn mịn thép CT3 mơi trường axit HCl 0,001N tăng nồng độ Mn2+ tăng đến nồng độ chất ức chế định hiệu bảo vệ ăn mòn lại giảm Ở nồng độ Mn2+ 0,01g/l, 0,05g/l hiệu đạt thấp khơng bảo vệ ăn mịn Khi tăng nồng độ Mn2+ môi trường HCl 0,001N từ 0,10 - 2,50g/l hiệu bảo vệ ăn mịn tăng khơng đáng kể đạt 26,43% nồng độ Mn2+ 2,50g/l Tiếp tục tăng nồng độ chất ức chế Mn2+ từ 2,50 lên 7,50g/l hiệu bảo vệ tăng mạnh từ 26,43% lên 67, 71% tức tăng Hiệu bảo vệ ăn mòn cao nồng độ 7,50g/l đạt 67,71% tăng lên lần so với hiệu qua bảo vệ nồng độ 0,01g/l Tuy nhiên tăn g nồng độ Mn2+ lên 10,00g/l hiệu bảo vệ lại giảm so với hiệu bảo vệ nồng độ 7,50g/l Hiệu bảo vệ ăn mịn thép CT3 mơi trường HCl 0,001N chất ức chế Zn2+ tăng lên tăng nồng độ chất ức chế Ở nồng độ 0,01g/l hiệu bảo vệ ăn mòn Zn2+ đạt 10,24 % Nhưng tăng nồng độ Zn2+ từ 0,05g/l lên 2,50 g/l hiệu bảo vệ tăng cao từ 12,25% lên 48,04% Tiếp tục tăng nồng độ Zn2+ từ 2,50g/l lên 10 g/l hiệu bảo vệ tăng hiệu bảo vệ đạt cao nồng độ Zn2+ 10,00 g/l đạt 66,38% tăng 6,48 lần so với hiệu Zn2+ nồng độ 0,01 g/l Từ hình 3.5 từ bảng số liệu 3.14 ta thấy hiệu bảo vệ ăn mịn chất ức chế độ lập caffeine ion kim loại Mn2+, Zn2+ có khác Hiệu bảo vệ độc lập chất ức chế caffeine có hiệu bảo vệ thấp so với hiệu bảo vệ độc lập chất ức chế ion kim loại, hiệu bảo vệ chất ức chế caffeine ổn định tăng dần tăng nồng độ chất ức chế caffeine Để tăng hiêu bảo vệ ăn mịn thép CT3 chúng tơi sử dụng chất ức chế caffeine 3,00g/l có hiệu bảo vệ ăn mòn mạnh để kết hợp với chất ức độc lập Mn2+, Zn2+ 55 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn nồng độ khác để tìm kết hợp khoảng nồng độ hiệu để bảo vệ ăn mòn thép 3.2.3 Khả ức chế ăn mịn thép CT3 mơi trường axit HCl 10-3N kết hợp caffeine với ion kim loại Zn2+ Mn2+ Để đánh giá khả ức chế ăn mòn kết hợp Caffeine 3g/l với ion kim loại Mn2+ Zn2+ nồng độ khác cho thép CT3 môi trường axit HCl 0,001N, mẫu thép CT3 ngâm 60 phút dung dịch HCl 10-3N có mặt chất ức chế Caffeine 3,00g/l kết hợp với ion kim loại Mn2+ Zn2+ nồng độ khác từ 0,10g/l đến 10,00g/l khơng có mặt chất ức chế, sau tiến hành đo dung dịch thu phương pháp AAS thu nồng độ Fe có dung dịch độ hấp thụ (Abs) từ tính hiệu ức chế ăn mịn theo cơng thức 3.3 Các kết thể bảng 3.15: Bảng 3.15: Nồng độ Fe dung dịch nghiên cứu hiệu ức chế ăn mịn thép CT3 mơi trường HCl 0,001N có mặt hỗn hợp chất ức chế Caffeine 3g/l Mn2+ nồng độ khác Nồng độ chất ức Zn2+ Mn2+ chế kết hợp với Hiệu Hiệu Caffeine 3g/l Nồng độ Nồng độ Abs bảo vệ môi trường Abs Fe (ppm) bảo vệ Fe (ppm) (%) (%) HCl 0,001N Nền HCl 0,001N 0,1734 5,978 0,1726 5,949 HCl 0,001N + 0.0546 1,881 68,53 0.0527 1,817 69,45 0,1 0,1176 4,011 32,90 0,1038 3,524 40,76 0,5 0,1132 3,656 38,84 0,1193 3,481 41,49 1,0 0,139 3,550 40,62 0.0363 1,252 78,95 2,5 0.0412 1,421 76,22 0.0176 0,606 89,82 5,0 0.0461 1,589 73,43 0.0222 0.767 87,10 Caffeine 3g/l 56 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 10,0 0.0715 2,466 0.0281 58,74 0,969 83,71 100 90 Hiệu bảo vệ (%) 80 70 60 50 Mn2+ 40 Zn2+ 30 20 10 0 10 12 Nồng độ dung dịch (g/l) Hình 3.6: Hiệu suất bảo vệ ăn mịn thép CT3 mơi trường HCl 0,001N kết hợp chất ức chế caffeine 3,00g/l với ion kim loại Mn2+ Zn2+ Từ hình 3.6 ta nhận thấy thêm Mn2+ nồng độ khác vào dung dịch HCl 0,001N + Caffeine 3,00g/l chúng có khả hạn chế ăn mịn Khả ức chế ăn mòn hỗn hợp tăng ta tăng nồng độ Mn2+ đến nồng độ thích hợp Ở nồng độ Mn2+ 0,10g/l hiệu bảo vệ đạt 32,90%, nồng độ 0,50g/l 1,00g/l hiệu bảo vệ tăng Hiệu bảo vệ hỗn hợp dung dịch HCl 0,001N nồng độ Caffeine 3,00g/l Mn2+ 0,10g/l đến Mn2+ 0,50 g/l so với dùng chất ức chế Mn độc lập môi trường axit HCl 0,001N nồng độ 0,10 g/l đến 0,50 g/l hiệu bảo vệ tăng lên Khi hỗn hợp có nồng độ Mn2+ tăng từ 2,5g/l lên 10,00 g/l hiệu bảo vệ giảm từ 76, 22% giảm 58,74% Hiệu bảo vệ hỗn hợp Mn2+ 10,00g/l tăng so với dùng Mn2+ độc lập hiệu lại giảm so với dùng Caffeine 3,00g/l độc lập 57 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Ở nồng độ Mn2+ nhỏ 1g/l hiệu bảo vệ hỗn hợp hiệu dùng Caffeine 3,00g/l độc lập hiệu bảo vệ hỗn hợp tăng lên so với hiệu bảo vệ dùng Mn2+ độc lập Ở hỗn hợp có nồng độ Mn2+ từ 2,50 - 5,00g/l hiệu bảo vệ tăng đáng kể so với sử dụng chất ức chế Caffeine 3,00g/l độc lập chất ức chế Mn2+ độc lập nồng độ tương ứng Tuy nhiên nồng độ Mn2+ 5,00g/l hiệu bảo hỗn hợp cao so với hiệu dùng Mn2+ độc lập nồng độ lại thấp hiệu bảo vệ caffeine 3g/l Hiệu bảo vệ hỗn hợp cao nồng độ Mn2+ 2,50 g/l đạt 76,22% Từ hình 3.6 ta nhận thấy thêm Zn2+ nồng độ khác vào dung dịch HCl 0,001N + Caffeine 3,00g/l có khả hạn chế ăn mịn thép CT3 Khả ức chế ăn mòn hỗn hợp cao, tăng nồng độ Zn2+ Ở nồng độ Zn2+ 0,10g/l hiệu bảo vệ đạt 40,76%, nồng độ 0,50 g/l hiệu bảo vệ cao không đáng kể Hiệu bảo vệ hỗn hợp dung dịch HCl 0,001N nồng độ caffeine 3g/l Zn2+ 0,10- 0,50 g/l so với có chất ức chế Zn2+ dung dịch HCl 0,001N nồng độ 0,10g/l đến 0,50 g/l hiệu bảo vệ tăng lên Khi hỗn hợp có nồng độ Zn2+ tăng từ g/l lên 10 g/l hiệu bảo vệ lại giảm so với hiệu bảo vệ hỗn hợp có nồng độ 2,5g/l hiệu qủa bảo vệ cao hiệu bảo vệ chất ức chế độc lập caffeine 3g/l Ở nồng độ Zn2+ nhỏ 0,50g/l hiệu bảo vệ hỗn hợp hiệu dùng Caffeine 3,00g/l độc lập hiệu bảo vệ hỗn hợp cao so với hiệu dùng Zn2+ độc lập nồng độ, hỗn hợp có nồng độ Zn2+ từ 2,50g/l hiệu bảo vệ hỗn hợp tăng đáng kể so với hiệu bảo vệ Zn2+ dùng độc lập nồng độ Tuy nhiên nồng độ Zn2+ 5g/l hiệu bảo vệ hỗn hợp tăng đáng kể so với sử dụng chất ức chế độc lập nồng độ tương ứng hiệu bảo vệ hỗn hợp lại giảm so với hiệu bảo vệ hỗn hợp nồng độ 2,5 g/l Hiệu bảo vệ hỗn hợp tăng tăng nồng độ Zn2+ mức trung bình tăng nồng độ Zn2+ cao hiệu bảo vệ lại giảm Hiệu bảo vệ hỗ hợp tốt nồng độ Zn2+ 3g/l đạt 89,82% 58 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Vậy để tăng hiệu bảo vệ ăn mòn thép CT3 môi trường axit HCl 0,001N nên kết hợp chất ức chế caffeine 3g/l với ion kim loại Mn2+ Zn2+ nồng độ khác Hiệu bảo vệ ăn mòn thép CT3 tốt kết hợp chất ức chế caffeine 3g/l với ion kim loại Mn2+ nồng độ 2,5 g/l đạt 76,22% hiệu bảo vệ ăn mòn thép CT3 tốt kết hợp chất ức chế caffeine 3g/l với ion kim loại Zn2+ nồng độ Zn2+ 2,5 g/l đạt 89, 82% Để hiệu bảo vệ ăn mòn đạt tối ưu ta nên kết hợp caffeine 3g/l với ion kim loại Zn2+ nồng độ 2,5g/l 59 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn KẾT LUẬN Qua q trình thực luận văn chúng tơi thu số kết luận sau: - Đã khảo sát chọn điều kiện nguyên tử hóa mẫu tối ưu phù hợp để xác định Fe phương pháp F - AAS + Vạch phổ hấp thụ: 243,30 nm + Khe đo: 0,2 nm + Cường độ dịng đèn (%Imax) : 13A + Lưu lượng khí nén: 15l/phút + Lưu lượng khí C2H2: 2l/phút + Chiều cao Burner: nm - Kiểm tra ảnh hưởng nguyên tố có mặt mẫu dung dịch nghiên cứu cho thấy cation không gây ảnh hưởng đến kết phép đo - Khoảng tuyến tính: 0,5 ppm - 10,0 ppm - Xây dựng đường chuẩn sắt + Phương trình đường chuẩn: y = 35,955x - 0,1778 + Hệ số tương quan : R2= 0,9985 - Giới hạn phát LOD = 0,0114 ppm - Giới hạn định lượng LOQ = 0,0342 ppm - Độ chụm + Độ lệch chuẩn SD = 0,0038 + Độ lệch chuẩn tương đối %CV = 3,804% - Độ đúng, độ thu hồi Hiệu suất thu hồi phép đo đạt từ 97,60% đến 98,36% Kết đánh giá tốc độ ăn mòn hiệu ức chế ăn mòn theo phương pháp phân tích phương pháp nghiên cứu ăn mòn thép phương pháp trọng lượng, phương pháp quan sát phương pháp đường cong phân cực có tương 60 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn đồng với Các phương pháp cho thấy hiệu ức chế ăn mòn tăng tăng nồng độ chất ức chế nghiên cứu môi trường HCl 1N hiệu bảo vệ hiệu nồng độ chất ức chế nghiên cứu lớn 1,00g/l Thời gian ngâm mẫu thép dung dịch HCl 0,001N với chất ức chế nghiên cứu theo phương pháp phân tích 60 phút/1 lần ngâm Hiệu ức chế ăn mòn thép CT3 môi trường HCl 0,001N cửa chất ức chế caffeien nồng độ khác thấp hiệu bảo vệ ăn mòn chất ức chế ion kim loại Mn2+, Zn2+ môi trường nghiên cứu - Hiệu bảo vệ ăn mòn thép cao chất ức chế caffeine nồng độ 3,00 g/l 65,04% - Hiệu bảo vệ ăn mòn thép cao chất ức chế Mn2+ nồng độ 7,50g/l đạt 67,71 % - Hiệu bảo vệ ăn mòn thép cao chất ức chế Zn2+ nồng độ 10,00 g/l đạt 66,38 % Khi dùng kết hợp chất ức chế caffeine 3,00g/l với ion kim loại Mn2+, Zn2+ nồng độ khác cho kết quả: - Hiệu ức chế ăn mòn thép CT3 cao kết hợp chất ức chế caffeine 3,00g/l với ion Mn2+ nồng độ 2,50 g/l đạt 76, 22% - Hiệu ức chế ăn mòn thép CT3 cao kết hợp chất ức chế caffeine 3,00g/l với ion Zn2+ nồng độ 2,50 g/l đạt 89,82 % - Hiệu suất bảo vệ ăn mòn kết hợp caffeine 3,00g/l với ion Mn2+ hiệu suất bảo vệ ăn mòn kết hợp caffeine 3,00 g/l với ion Zn2+ môi trường nghiên cứu Từ nghiên cứu thấy phương pháp F - AAS phương pháp thích hợp để phân tích ngun tố có hàm lượng nhỏ dạng vết Fe với ưu điểm độ nhạy, độ lặp lại tốt, độ xác cao bị ảnh hưởng thành phần mẫu 61 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt Trần Hiệp Hải, Phản ứng điện hóa ứng dụng, Nxb Giáo dục, 2002, Hà Nội Trịnh Xuân Sén, Ăn mòn bảo vệ kim loại, Nxb Đại học Quốc Gia Hà Nội, 2006, Hà Nội Lê Ngọc Trung, Ăn mòn bảo vệ kim loại, Nxb ĐH Đà Nẵng, 2005, Đà Nẵng Nguyễn Văn Tuế, Ăn mòn bảo vệ kim loại, Nxb Giáo dục, 2002, Hà Nội Trương Ngọc Liên, Ăn mòn bảo vệ kim loại, Nxb KH&KT, 2004, Hà Nội Trương Thị Thảo (2012), Nghiên cứu tính chất điện hóa khả ức chế ăn mịn thép cacbon thấp mơi trường axit số hợp chất có nguồn gốc tự nhiên, Luận án tiến sĩ Hóa Học, Viện Hóa Học Hồng Nhâm (2003), Hóa học vơ - Tập 3, Nxb Giáo dục Hồng Nhâm (2001), Hóa vô Tập 2, Nxb Giáo dục Tường Thị Cẩm Nhung (2011), Phân tích đánh giá hàm lượng Sắt, Mangan nước giếng khoan phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử lửa (F - AAS), Luận văn thạc sĩ Khoa Hóa học, Đại Học Sư Phạm Thái Nguyên 10 Phạm Luận (2006), Phương pháp phân tích phổ nguyên tử, Nxb Đại học Quốc Gia Hà Nội 11 Dương Qung Phùng (2009), Một số phương pháp phân tích Điện hóa, Nxb Đại học Sư phạm Hà Nội 12 Trần từ Hiếu (2004), Hóa học phân tích, Nxb Đại học quốc gia Hà Nội 13 Hồ Viết Quý (1999), Các phương pháp phân tích quang học hóa học, Nxb Đại Học Quốc Gia Hà Nội 14 Hồ Viết Q (2009), Các phương pháp phân tích cơng cụ hóa học đại, Nxb Đại học Sư phạm Hà Nội 15 Hồ Viết Quý (1999), Các phương pháp phân tích quang học hóa học, Nxb ĐHQG Hà Nội 16 Trịnh Thế Dũng (2012), Phân tích, đánh giá hàm lượng kim loại sắt, đồng mangan nước mặt sông cầu chảy qua thành phố Thái Nguyên 62 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử lửa (F - AAS), Luận án thạch sĩ Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư Phạm Thái Nguyên 17 Tạ Thị Thảo (2013), Giáo trình thống kê hóa học phân tích, Hà Nội Tiếng anh 18 D.A Jones, Principles and prevention of corrosion, Macmilan Publishing Company, 1992, United States of America 19 V.S Sastri, Green corrosion inhibitors: theory and practice, Jonh Willey and Son, 2011, USA 20 Y.J Yee, Green Inhibitors for Corrosion Control: A Study on the Inhibitive Effects of Extracts of Honey and Rosmarinus Officinalis L (Rosemary), thesis of Master of Science, University of Manchester Institute of Science and Technology, 2004, England 21 Arzamaxov B.N, Vật liệu học, Nxb Giáo dục, 2004, Hà Nội 22 Ivan P Pozdnyakov, Victor F Plyusnin, Vjacheslav P Grivin, Dmitry Yu Vorobyev, Nikolai M Bazhin, Stéphane Pagés, Eric Vauthey (2006), “Photochemistry of Fe(III) and sulfosalicylic acid aqueous solutions”, 23 A Ali Ensafi, T Khayamian, A Benvidi and E Miromtaz (2006) “Silmultanous Determination of Copper, Lead and Cadmium by Cathodic Adsorptive Stripping Voltametry Using Artificial Neutral Network” Analytica Chimica Acta, V.561, pp.225-231 63 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ... THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TRẦN THỊ PHƯƠNG NGA ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HẠN CHẾ ĂN MỊN THÉP CT3 TRONG MƠI TRƯỜNG AXIT LỖNG CỦA HỖN HỢP CAFFEINE THIÊN NHIÊN VỚI ION Zn2+ HOẶC ION Mn2+ BẰNG PHƯƠNG... 3.2.2 Khả ức chế ăn mòn thép CT3 môi trường HCl 0,001N chất ức chế Caffeine ion kim loại Mn2+, Zn2+ 53 3.2.3 Khả ức chế ăn mòn thép CT3 môi trường axit HCl 10 -3N kết hợp caffeine với ion kim... 2.4.2 Khả ức chế ăn mịn thép CT3 mơi trường axit HCl 0,001N chất ức chế caffeine ion kim loại Mn2+, Zn2+ 38 2.4.3 Khả ức chế ăn mòn thép CT3 môi trường axit HCl 0,001N kết hợp chất ức chế độ