Khoá luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hoá lý Trờng Đại học Vinh khoa hoá học - NGuyễn hoàng hào khoá luận tốt nghiệp đại học ảnh hởng số chất vô cơ, hữu dạng đơn tổng hợp đến trình ăn mòn thép CT3 môi trờng axit Chuyên ngành: hoá lý Nguyễn Hoàng Hào Lớp 43A Hóa Khoá luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hoá lý vinh, 2006  - Mở đầu Trong tiến trình phát triển Khoa học công nghệ, bên cạnh đời vËt liƯu míi, chóng ta vÉn kh«ng thĨ phđ nhËn vai trò vô quan trọng kim loại hÇu hÕt mäi lÜnh vùc cđa cc sèng Nhng từ bắt đầu sử dụng kim loại ngời đà phải đối mặt với vấn đề: Kim loại sau thời gian làm việc đà bị han gỉ, mòn vẹt, tính sử dụng bị biến đổi Khoa học gọi tợng ăn mòn kim loại Các kết cấu kim loại để không khí, đất, dung dịch điện li sau thời gian làm viƯc bÞ han gØ, h háng Theo tû lƯ [1] tổng kết: Khối lợng kim loại bị loại bỏ chiếm gần1/3 tổng sản lợng kim loại sản xuất đợc dùng hàng năm giới Trong số khoảng 2/3 số kim loại tái sử dụng đợc Nh phần kim loại bị ăn mòn sử dụng đợc chiếm gần 1/10 tổng sản lợng Tổn thất ăn mòn kim loại hàng năm chiếm 1,85% đến 4,8% tổng thu nhập Quốc dân (GDP) [7] Ngoài thiệt hại trực tiếp vật chất, ăn mòn kim loại gây thiệt hại gián tiếp khác nh: Thiếu an toàn lao động, giảm độ bền máy móc, chất lợng sản phẩm, gây ô nhiễm môi trờng cha kể đến chi phí sửa chữa máy móc, trang thiết bị kim loại Do vấn đề chống ăn mòn bảo bệ kim loại có ý nghĩa quan trọng Khoảng 40 năm trở lại việc nghiên cứu áp dụng phơng pháp bảo vệ kim loại đà đợc số trung tâm nghiên cứu quan tâm thực phạm vi rộng Đặc biệt hớng nghiên cứu khả ức chế ăn mòn thép môi trờng axit số hợp chất hữu vô cơ, dạng đơn tổng hợp để từ lựa chọn chất ức chế hỗn hợp chất ức chế có khả bảo vệ kim loại cao Chính vậy, chọn đề tài: "ảnh hởng số chất vô cơ, hữu dạng đơn tổng hợp đến trình ăn Nguyễn Hoàng Hào Lớp 43A Hóa Khoá luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hoá lý mòn thép CT3 môi trờng axit" Cụ thể, chất hữu urotropin chất vô muối đồng clorua, chất ức chế mà tiến hành nghiên cứu khoá luận Mục tiêu đề tài + Xác định tốc độ ăn mòn thép CT3 HCl có urotropin cation Cu2+, số nồng độ, dạng riêng lẻ phối hợp để từ xác định đợc nồng độ chất đợc nghiên cứu có tác dụng ức chế lớn + Xem xét, đánh giá hiệu ứng tăng cờng phối hợp chất ức chế vô hữu Các phơng pháp nghiên cứu là: + Phơng pháp trọng lợng + Phơng pháp thể tích + Phơng pháp điện hoá Đây vấn đề đợc nhiều trung tâm nghiên cứu quan tâm.Chúng hy vọng góp phần vào việc mở rộng hớng nghiên cứu Nguyễn Hoàng Hào Lớp 43A Hóa Khoá luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hoá lý Phần I: Tổng quan tài liệu Chơng I: ăn mòn kim loại I.1.1 Định nghĩa: Ăn mòn kim loại tợng phá huỷ vật liệu kim loại tác dụng hoá học tác dụng điện hoá kim loại với môi trờng bên I.1.2 Phân loại [1] Có nhiều cách phân loại trình ăn mòn theo trình ăn mòn, theo môi trờng ăn mòn theo đặc tính phá huỷ Chủ yếu ngời ta phân loại theo trình ăn mòn: - Ăn mòn hoá học: Là trình phá huỷ kim loại tác dụng hoá học môi trờng với kim loại Ăn mòn hoá học xảy môi trờng không dẫn điện nh không khí khô dung dịch dạng lỏng Đặc điểm ăn mòn hoá học không phát sinh dòng điện, sản phẩm trình ăn mòn nằm bề mặt kim loại tiếp xúc với môi trờng - Ăn mòn điện hoá: Là trình ăn mòn phản ứng điện hoá xảy hai vùng khác bề mặt kim loại Ăn mòn điện hoá xảy môi trờng dẫn điện Đặc điểm ăn mòn điện hoá gắn liền với phát sinh dòng điện Phân loại theo môi trờng ăn mòn gồm: - Ăn mòn không khí - Ăn mòn đất - Ăn mòn dung dịch Tuỳ theo tính chất dung dịch điện ly ngời ta chia ra: + ¡n mßn axit + ¡n mßn kiỊm + Ăn mòn dung dịch muối Hoặc dựa theo đặc tính phá huỷ bề mặt kim loại, ngời ta chia làm dạng ăn mòn đều, ăn mòn cục bộ, ăn mòn rạn nứt, ăn mòn lựa chọn Nguyễn Hoàng Hào Lớp 43A Hóa Khoá luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hoá lý I.1.3 Các tiêu đánh giá mức độ ăn mòn kim loại [2] Để đánh giá mức độ ăn mòn kim loại, ngời ta dựa vào số tiêu nh: - Khuynh hớng ăn mòn: Kr thời gian xuất vết ăn mòn đơn vị diện tích bề mặt kim loại - Vết ăn mòn: Kn số lợng vết ăn mòn xuất đơn vị diện tích đơn vị thời gian (mm/năm) - Thay đổi khối lợng: Km = m S t ( g / m h ) ∆m : ®é biÕn thiên khối lợng mẫu thí nghiệm (g) S: Diện tích mÉu thÝ nghiƯm (m2) t: Thêi gian tiÕn hµnh thÝ nghiệm (h) - Thể tích ăn mòn: Kv = V S t ( ml / cm h ) V: ThĨ tÝch khÝ S: DiƯn tÝch mÉu t: Thêi gian thí nghiệm - Thay đổi tính chất học: K = ∆σ n 100% thêi gian t (σ B ) o B : Độ bền học - Thay ®ỉi ®iƯn trë: KR = ∆R 100% Ro thời t R: Điện trở mẫu kim loại Tuỳ thuộc chất vật liệu, chất thành phần môi trờng làm việc, phơng pháp nghiên cứu nhu cầu sử dụng mà lựa chọn tiêu đánh giá phù hợp Nguyễn Hoàng Hào Lớp 43A Hóa Khoá luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hoá lý Chơng II: Ăn mòn điện hoá I.2.1 Định nghĩa phân loại I.2.1.1 Định nghĩa Ăn mòn điện hoá trình phá vỡ cấu trúc kim loại phản ứng điện hoá xảy hai vùng khác bề mặt kim loại Ăn mòn điện hoá xảy môi trờng dẫn điện, gắn liền với hình thành vipin đoản mạch: vi catôt vi anôt nối trực tiếp với Quá trình ăn mòn làm xuất dòng electron chuyển động kim loại dòng ion chuyển động dung dịch điện ly theo hớng từ vùng điện cực sang điện cực khác, phát sinh dòng điện nh vậy, hoá đà biến đổi thành điện I.2.1.2 Phân loại Theo nguyên nhân gây chênh lệch vùng khác kim loại [2] - Nguyên tố ăn mòn loại I (pin galvanic): Sự chênh lệch hai vùng kim loại khác nằm dung dịch điện ly Nguyên nhân pha rắn không đồng nhất: Kim loại không tinh khiết, hợp kim, thành phần hạt biên hạt khác - Nguyên tố ăn mòn loại II (pin nồng độ): Kim loại đồng nằm dung dịch điện ly không đồng (giữa phần dung dịch khác có khác nồng độ chất điện ly, nồng độ khí hoà tan) - Nguyên tố ăn mòn loại III: Kim loại không đồng nằm dung dịch điện ly không đồng Loại thờng gặp tự nhiên thực tế dung dịch lý tởng kim loại hoàn toàn tinh khiết I.2.2 Cơ sở động học điện hoá trình ăn mòn [1] Khi nhúng kim loại không đồng vào dung dịch điện ly trình xảy nh sau: Nguyễn Hoàng Hào Lớp 43A Hóa Khoá luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hoá lý I.2.2.1 Quá trình anôt: M - ne -> Mn+ bề mặt kim loại tiếp xúc với dung dịch điện ly, kim loại nhờng electron, ion kim loại tạo thành bị hiđrat hoá chuyển vào dung dịch, để lại electron bề mặt kim loại, bề mặt kim loại d điện tử Hệ ion kim loại tạo thành điện cực trạng thái cân bằng, điện cực đợc tính theo phơng trình Nemst: M = + ( RT n ln a M+ n.F ) ϕ0, ϕM: ThÕ điện cực cân điều kiện chuẩn vào điều kiện nghiên cứu aMn+: hoạt độ ion Mn+ Nếu đặt vào hệ điện ' khác giá trị điện cân cân bị phá vỡ, phản ứng điện hoá xảy tạo cân + NÕu ϕ' > ϕ: ®iƯn thÕ chun vỊ phÝa dơng xảy trình oxi hoá, kim loại bị ăn mòn + Nếu ' < : điện chuyển phía âm xảy trình khử, kim loại không bị ăn mòn I.2.2.2 Qúa trình catôt Chất khử cực D nguyên tử phân tử nhận electron bề mặt kim lo¹i: D + n.e -> [D.ne] Trong thùc tÕ ta thờng gặp tác nhân khử cực chủ yếu ion hidroxi H3O+ oxi, tơng ứng với chế ăn mòn với khử phân cực hiđro ăn mòn với khử phân cực oxi * Ăn mòn với khử phân cực hiđro Là trình kim loại bị ăn mòn phóng điện ion H 3O+ catôt để giải phóng khí H2 Qúa trình xảy môi trờng axit: ion H3O+ dến sát điện cực, nhận điện tử, tạo thành khí H2 qua hai giai đoạn: Nguyễn Hoàng Hào Lớp 43A Hóa Khoá luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hoá lý 2H+ + 2e -> 2H 2H -> H2 Đơn giản: 2H+ + 2e -> H2 Điện điện cực tính theo phơng trình Nernst cb 2H + = H2 2H + H2 RT a H + + ln 2F PH 2 RT a H + = ln 2F PH ë 250C: cb ϕ 2H = 0,059 lg + aH + H2 p /22 H điều kiện thờng áp suất riêng phần H2 dung dịch nớc PH =5.10-7atm Biết pH dung dịch ta tính đợc H cb + H2 *¡n mßn víi sù khử phân cực oxi: Kim loại bị ăn mòn oxi tác nhân phản ứng khử phân cực catôt Quá trình xảy môi trờng axit, kiềm trung tính Oxi khuếch tán từ không khí vào dung dịch đến sát điện cực xảy trình khử oxi: + Môi trờng kiềm, trung tính: ϕ0 = 0,43V O2 + H2O + 4e -> 4OH- Điện điện cực cân tính theo phơng trình Nernst: cb ϕ H = ϕ O2 + ë 250C: PO RT ln 4 F aOH − cb ϕ H = 0,43 + 0,059 PO2 0,059 W lg = 0,43 + lg PO2 − 0,059 lg 4 aH + aOH − + M«i trêng axit: ϕ O2 = 1,23V O2 + 4H+ + 4e -> 2H2O Điện điện cực cân tính theo phơng trình Nernst: cb H = O + Ngun Hoµng Hµo RT ln PO2 a H + 4F Líp 43A Hãa Kho¸ ln tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hoá lý 250C: 0,059 ln PO2 a H + 0,059 = 1,23 + lg PO2 + 0,059 lg a H + cb ϕ H = 1,23 + ë 250C, áp suất riêng phần oxi dung dịch nớc P o = 0,21 atm B¶ng 1: ThÕ cđa O2 H2 môi trờng 250C 0,186 pH -0,228 14 -0,640 0,21 0,000 1,218 -0,414 0,865 -0,828 3,391 1,230 0,815 0,400 ¸p suÊt PH2 5.10 -7 PO2 Khi trình ăn mòn điện hoá xảy ra, có dịch chuyển điện tử d từ vùng anôt sang vùng catôt bù lại số điện tử đà bị chất khử tiêu thụ Các ion dung dịch chuyển động theo chiều ngợc lại Vùng catôt anôt lập thành vi pin Năng lỵng tù cđa hƯ: ∆G = -n.F.E n: Sè electron trao ®ỉi F: h»ng sè Fraday E: søc ®iƯn ®éng cña vi pin cb cb E = ϕD −ϕM Điều kiện để trình ăn mòn xảy ∆G < cb cb cb cb Do n > 0, F > nªn E >0 hay ( ϕ D − ϕ M ) > nªn ϕ D > ϕ M Nh vËy, ®iỊu kiƯn nhiƯt ®éng ®Ĩ xảy trình ăn mòn kim loại điện cân kim loại bị ăn mòn phải âm điện chất khử cực Từ điều kiện nhiệt động trên, ta dự tính đợc trình ăn mòn điện hoá có khả tự xảy điều kiện cho trớc Nguyễn Hoàng Hào Lớp 43A Hóa Khoá luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hoá lý cb cb Bảng cho thấy O dơng so với H môi trờng 2 axit Do ăn mòn với khử phân cực oxi phổ biến 1.2.3 Các yếu tố ảnh hởng - Các nhân tố thuộc kim loại gọi nhân tố bên - Các nhân tố thuộc môi trờng gọi nhân tố bên I.2.3.1 Các nhân tố bên a Độ bền nhiệt động kim loại Kim loại bị ăn mòn điện hoá đóng vai trò điện cực anôt cặp nguyên tố Ganvanic Một kim loại bền nhiệt động không bị ăn mòn Phần lớn kim loại không bền nhiệt động không khí, dung dịch điện ly b Vị trí kim loại bảng tuần hoàn Mendeleep Tính chất hoá học nguyên tố ảnh hởng đến tốc độ ăn mòn điện hoá Do tốc độ ăn mòn điện hoá kim loại phụ thuộc vào vị trí bảng hệ thống tuần hoàn nguyên tố hoá học c Cấu tạo tính chất hợp kim Trong kỹ thuật, công nghiệp dân dụng ngời ta sử dụng kim loại nguyên chất mà thờng dùng hợp kim để chế tạo thiết bị, kết cấu máy móc Độ bền ăn mòn điện hoá hợp kim phụ thuộc vào thành phần hoá học cấu trúc Ngời thờng dùng nguyên tố dễ bị thụ động hoá tạo nên tính đồng nhất, tăng tính bền làm nguyên tố hợp kim nh Cr, Ni, Si, V d Đặc tính ứng suất ứng suất biến dạng kim loại xuất trình gia công cha khử bỏ đợc xuất trình làm việc thiết bị, máy móc Tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào trạng thái ứng suất (kéo nén) đặc tính biến đổi ứng suất (tải trọng động) e Trạng thái bề mặt kim loại Nguyễn Hoàng Hào 10 Lớp 43A Hóa Khoá luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hoá lý Tất mẫu thép trớc làm thí nghiệm đợc xử lý bề mặt phơng pháp học: dùng giấy ráp từ thô đến tinh đánh bề mặt điện cực Mẫu làm theo phơng pháp trọng lợng: đục lỗ để buộc dây treo Mẫu làm theo phơng pháp thể tích đợc khoan lỗ = 8mm để treo Đo xác kích thớc điện cực Đánh số điện cực Rửa điện cực xà phòng cho dầu mỡ, chất bẩn Rửa nớc máy, sau nớc cất, dùng giấy thấm thấm khô sau lau tẩm axeton * Phơng pháp điện hoá: Điện cực thép CT3 đợc chế tạo theo dạng hình trụ tròn đúc ống nhựa cách điện, có diện tích làm việc 0,25cm2 Xử lý điện cực giấy ráp tinh, đánh sạch, bóng sáng, rửa nớc cất, thấm khô đem sử dụng III.1.1.2 Dung dịch - Axit clohidric đặc 36-38% Trung Quốc sản xuất - Urotropin tinh thể loại tinh khiết hoá học Đức sản xuất - Đồng clorua tinh thể - Dung môi Pha chế: Nớc cất hai lần ( Độ dẫn điện riêng = 5,23à ) s Pha dung dịch ăn mòn: - Dung dịch HCl 0,5N cã pha chÊt øc chÕ: + Urotropin ë c¸c nồng độ: 0,1mM; 0,5mM, 1mM; 5mM; 10mM; 20mM + Đồng clorua nồng độ: 0,01mM; 0,05mM; 0,1mM; 0,5mM + Hỗn hợp urotropin 10mM với muối đồng clorua: 0,01mM; 0,05mM; 0,1mM; 0,5mM III 1.1.3 Thiết bị + Thớc đo kỹ thuật + Bình định mức 100ml, 250ml a Thiết bị phơng pháp trọng lợng + cốc thuỷ tinh 250ml + đũa thuỷ tinh làm giá treo điện cực Nguyễn Hoàng Hào 25 Lớp 43A Hóa Khoá luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hoá lý + Pipet 2ml, 25ml, 50ml + Dây treo điện cực + Cân phân tích độ xác 0,1mg, mác Sartorius Bố trí sơ đồ thiết bị nh hình Giá treo mẫu Dây treo mẫu Mẫu nghiên cứu Dung dịch ăn mòn Cốc đựng dung dịch Hình 4: Sơ đồ thiết bị ăn mòn theo phơng pháp trọng lợng b Thiết bị phơng pháp đo thể tích Dụng cụ ®o thĨ tÝch MÉu nghiªn cøu Dung dịch ăn mòn 4 Cốc thuỷ tinh Giá đỡ Hình 5: Sơ đồ thiết bị đo tốc độ ăn mòn theo phương pháp thể tÝch - cèc thuû tinh 250ml - buret 250ml, dụng cụ đo thể tích - Giá đỡ ®iƯn cùc, bãp cao su hót dung dÞch, phƠu, nót cao su c Thiết bị phơng pháp điện hoá Các điện cực: + Điện cực so sánh (RE): Cl-bh/AgCl, Ag + §iƯn cùc phơ (CR): platin (Pt) + §iƯn cùc lµm viƯc (WE): ThÐp CT3 WE RE CR Ngun Hoµng Hµo 26 Líp 43A Hãa Khoá luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hoá lý Hình 6: Hệ thống thiết bị đo ăn mòn phơng pháp điện hoá 1- Nguồn điện; 2- Máy vi tính 3- Máy in 4- Máy đo PGS-HH6 5- Dung dịch ăn mòn III.1.2 Cách tiến hành III.1.2.1 Phơng pháp trọng lợng Mẫu thép CT đà đợc xử lý đem cân cân phân tích, xác định khối lợng ban đầu m0 Ngâm mẫu dung dịch ăn mòn Sau 60 phút lấy rửa nớc thờng, sau nớc cất, thấm khô, lau tẩm axeton Cân mẫu cân phân tích xác định khối lợng mẫu m' Tiến hành thí nghiệm 6h KÝ hiÖu mÉu DiÖn tÝch (cm2) M1 26,7425 M2 24,4237 M3 27,5139 M4 28,6513 LËp b¶ng ghi kÕt qu¶ mẫu sau Để so sánh độ hụt khối lợng dung dịch xâm thực biểu diễn kết đồ thị m-t, tất giá trị khối lợng đợc xử lý quy mẫu M1 Lấy kết xây dựng đồ thị biến thiên khối lợng theo thời gian ngâm mẫu phơng pháp bình phơng tối thiểu Từ phơng trình đồ thị tính tốc độ ăn mòn dung dịch xâm thực Đối với mẫu phối hợp chất ức chế: Ngâm mẫu liên tục 20 giờ, không xây dựng đồ thị, tính tốc độ ăn mòn theo công thức (5) Nguyễn Hoàng Hào 27 Lớp 43A Hóa Khoá luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hoá lý III.1.2.2 Phơng pháp thể tích Cho 200ml dung dịch xâm thực vào cốc thuỷ tinh 250ml Mẫu sau xử lý đợc treo đặt lên giá đỡ Lắp thiết bị, nhanh chóng hút dung dịch lên buret đến vạch 25ml vạch 0ml dụng cụ đo thể tích Khoá buret lại bắt đầu tính thời gian Sau ghi lại thể tích H2 thoát (bằng thể tích dung dịch bị giảm buret) Theo dõi liên tục 10 Riêng dung dịch HCl 0,5N chất ức chế tốc độ ăn mòn lớn nên sau 30 phút ghi lại thể tích H2 thoát ra, theo dõi liên tục Chú ý: Đo nhiệt độ dung dịch xâm thực tiến hành thí nghiệm Tra bảng lấy giá trị áp suất nớc bÃo hoà nhiệt độ Tính thể tích H2 qui điều kiện chuẩn theo công thøc: VO , H = V1 P.273 T 760 P: áp suất thực hệ (mmHg) tính theo công thức (9) T: Nhiệt độ thí nghiệm (Kenvin) Các mẫu thÝ nghiÖm DiÖn tÝch (cm2) H1 19,7413 H2 17,5624 H3 18,0731 H4 25,6215 Do thí nghiệm đợc tiến hành với mẫu khác nên để so sánh tốc độ ăn mòn dung dịch thể tích điều kiện chuẩn thí nghiệm đợc tính toán quy mẫu H1 Lấy kết xây dựng đồ thị VO,H2-t, theo phơng pháp bình phơng tối thiểu Từ phơng trình thu đợc tính tốc độ ăn mòn dung dịch xâm thực Bảng 3: áp suất nớc bÃo hoà số nhiệt độ t0C 24 25 26 27 Ngun Hoµng Hµo Pbh(mmHg) 22,38 23,76 25,21 26,74 28 Líp 43A Hãa Kho¸ ln tèt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hoá lý 28 29 30 31 28,35 30,04 31,82 30,70 Víi c¸c mÉu nhóng dung dịch phối hợp hai chất ức chế: không xây dựng đồ thị VO,H2-t theo thời gian III.1.2.3 Phơng pháp điện hoá Mở máy, vào chơng trình C:\NC\DO>cp.exe Chọn Start measuring Đặt thông số cố định trình lµm viƯc: Elet.Area = 0,18cm2 Sens (2 13) = Measuring Mode: Single Measmode: NP Ustep: 0.0012 Stampling time 0.05s ADC Rnge: 1.500V Chọn zero adjust, điều máy 0.0000, Nối điện cực thép CT3 vào ổ điện cực làm việc (WE) Vào Auto checking Ur, máy tự nghỉ cho kết lên hình Theo dõi liên tục trình máy đo Sau phút ghi lại giá trị nghỉ đến thấy giá trị ổn định (khoảng 30 phút) Phân cực anôt, catôt, xây dựng đồ thị E-i E-logi Ngoại suy theo hai phơng pháp, phơng pháp ngoại suy Tafel phơng pháp điện trở phân cực Tính tốc độ ăn mòn theo mật độ dòng iam điện trở phân cực RP Tuy nhiên thời gian tiến hành thí nghiệm bị hạn chế.Vì số lợng ngời đăng ký sử dụng máy đông, lại xa trung tâm khoa học, nên phơng pháp điện hoá không tiến hành đợc đến Nguyễn Hoàng Hào 29 Lớp 43A Hóa Khoá luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hoá lý Chơng 2: kết thảo luận III.2.1 Kết phơng pháp trọng lợng III.2.1.1 Trờng hợp chất ức chế m (g) Bảng 4: Biến thiên khối lợng mẫu thép CT3 theo thời gian ngâm mẫu dung dÞch HCl 0,5N 19.8 t(h) 19.75 m(g) 19.7793 19.7567 19.7427 19.7128 19.6973 19.6814 19.7 19.65 19.6 Ngun Hoµng Hµo Líp 43A Hãa 30 t (h) Kho¸ luËn tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hoá lý Đồ thị 1: Trờng hợp chất ức chế y = -0.164x + 19.746 Đồ thị đờng thẳng có phơng trình dạng y = ax+b hay m' = SVt+m0 đợc Vam =5,66217 (g/m2h) Tính theo chiều sâu phá huỷ: P = (8,76 x 5,66217)/7,84 = 6,32661 (mm/năm) II.2.1.2 Trờng hợp có chất ức chế Urotopin (U) Bảng 5: Độ hụt khèi cđa mÉu thÐp CT3 dung dÞch HCl 1N víi chÊt øc chÕ urotropin 0,1mM -> 20mM theo thêi gian ngâm mẫu C0 Khối lợng mẫu t(h) V Z% 0,1 19.7745 19.7679 19.7579 19.7494 19.7407 19.7314 19.7227 3.086 48.40 0,5 19.7745 19.7698 19.7658 19.7616 19.7577 19.7539 19.7499 1.459 76.15 Ngun Hoµng Hµo 19.7745 19.7720 19.7693 19.7669 19.7648 19.7649 19.7597 0.848 87.19 31 19.7745 19.7727 19.7715 19.7697 19.7689 19.7674 19.7668 0.488 92.34 10 19.7745 19.7733 19.7726 19.7718 19.7708 19.7698 19.7687 0.346 94.96 20 19.7745 19.7735 19.7728 19.7719 19.7719 19.7704 19.7694 0.286 96.35 Lớp 43A Hóa Khoá luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hoá lý Từ liệu thực nghiệm, ta xây dựng đồ thị 2, tính toán đợc kết bảng Từ kết tính toán ta thấy: nồng độ U tăng từ 0,1mM đến 20mM tốc độ ăn mòn giảm từ 3,086g/m2h đến 0,286g/m2h tơng ứng với mức độ bảo vệ tăng từ 48,40% đến 96,35% Hiệu ức chế tốt dung dịch U 10mM - 20mM 19.78 Khối lượng (g) 19.77 Đờng 19.76 §êng 19.75 §êng 19.74 19.73 §êng §êng 19.72 §êng 19.71 19.7 19.69 Thời gian (h) Đồ thị 2: Trờng hợp có urotropin Đờng 1: Urotropin 0,1mM: y = -0.0084x + 19.776 §êng 2: Urotropin 0,5mM: y = -0.0039x + 19.775 Ngun Hoµng Hµo 32 Líp 43A Hãa Khoá luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hoá lý §êng 3: Urotropin 1mM: y = -0.0021x + 19.775 §êng 4: Urotropin 5mM: y = -0.0012x + 19.775 §êng 5: Urotropin 10mM: y = -0.0009x + 19.775 §êng 6: Urotropin 20mM: y = -0.0007x + 19.775 Đờng 3: Trờng hợp chất ức chế Các đờng biểu diễn đờng thẳng Hệ số góc k tơng ứng với tốc độ hao mòn, k nhỏ tốc độ ăn mòn nhỏ III.2.1.3 Trờng hợp có dồng clorua Bảng 6: Biến thiên khối lợng mẫu thép CT3 HCl 0,5N cã CuCl2 0,01mM -> 0,5mM theo thêi ng©m mÉu C0 Khèi lỵng mÉu t(h) Vam (g/m2h) Z% 0,01 19.7745 19.7728 19.7698 19.7678 19.7652 19.7634 19.7611 0.7912 86.07 0,05 19.7745 19.7719 19.7694 19.7663 19.7635 19.7604 19.7592 1.0180 82.41 0.1 19.7745 19.7711 19.7682 19.7646 19.7613 19.7583 19.7564 1.1970 79.35 0,5 19.7745 19.7687 19.7598 19.7494 19.7409 19.7374 19.7254 2.7980 49.51 Tõ kÕt qu¶ ë b¶ng cho thấy: tăng nồng độ CuCl2 từ 0,01mM đến 0,5mM tốc độ ăn mòn CT3 tăng từ 0,7912 g/m2h đến 2,798 g/m2h tơng ứng với hiệu bảo vệ giảm từ 86,07% đến 49,51% g/m2h Nh nồng độ CuCl2 tăng hiệu chống ăn mòn thép CT3 giảm nhanh Cụ thể nồng độ CuCl2 thấp (0,01mM) hiệu bảo vệ tốt 86,07% nồng độ CuCl2 cao hơn, xảy phản ứng: Nguyễn Hoàng Hào 33 Lớp 43A Hóa Khoá luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hoá lý Fe + Cu2+-> Fe2+ +Cu Đồng bám bề mặt điện cực thép, hình thành số lợng đáng kể cặp pin Khối lượng Ganvani, tốc độ ăn mòn tăng 19.78 19.77 19.76 19.75 19.74 19.73 19.72 19.71 19.7 19.69 §êng1 §êng2 §êng3 §êng4 Thời gian (h) Đồ thị 3: Trờng hợp có đồng clorua Đờng 1: Trờng hợp chất ức chế §êng 2: CuCl2 0,01mM y = -0,0021x + 19,775 §êng 3: CuCl2 0,05mM y = -0,0003x + 19,775 §êng 4: CuCl2 0,1mM y = -0,0036x + 19,775 §êng 5: CuCl2 0,5mM y = -0,0086x + 19,775 Các đờng biểu diễn đờng thẳng Hệ số góc k tơng ứng với tốc độ ăn mòn, k nhỏ tốc độ ăn mòn nhỏ Nguyễn Hoàng Hào 34 Lớp 43A Hóa Khoá luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hoá lý III.2.1.4 Trờng hợp phối hợp urotropin 10mM đồng clorua số nồng độ 0,01mM; 0,05mM; 0,1mM; 0,5mM Bảng 7: §é hơt khèi mÉu thÐp CT3 sau thêi gian ngâm liên tục 20h dung dịch HCl 0,5N có U 10mM vµ CuCl2 0,01mM -> 0,5mM CCuCl2(mM) m0(g) m'(g) ∆m(g) Vam(g/m2h) Z% 0.01 17.1388 17.1270 0.0118 0.2538 95.86 0.05 17.3162 17.2947 0.0183 0.4001 92.98 0.1 15.1150 15.0909 0.0241 0.5178 91.03 0.5 15.9299 15.8757 0.0542 1.1013 90.67 Khi phèi hỵp U 10mM CuCl2 nồng độ 0,01mM -> 0,5mM hiệu bảo vệ cao so với trờng hợp sử dụng CuCl2 riêng rẽ Tuy nhiên, so với trờng hợp sử dụng U độc lập có trờng hợp phối hợp U 10mM CuCl2 0,01mM hiệu bảo vệ cao (Z% = 95.86%) Các nồng độ CuCl2 0,05mM -> 0,5mM phối hợp U 10mM cho hiệu bảo vệ thấp trờng hợp có U10mM Hiệu bảo vệ giảm dần hay tốc độ ăn mòn tăng dần nồng độ CuCl2 tăng Qua liệu thực nghiệm phơng pháp trọng lợng ta thấy, với khả ức chế ăn mòn U ion đồng (Cu2+) có khả kìm hÃm trình ăn mòn thép Ngợc lại, với khả kìm hÃm ăn mòn tăng nồng độ U tăng khả kìm hÃm ăn mòn cation Cu 2+ giảm nồng độ Cu2+ tăng Trong nồng độ nghiên cứu phối hợp chất ức chế hiệu bảo vệ tốt phối hợp U10mM Cu2+ 0,01mM (Z% = 95,86%) III.2.2 Kết theo phơng pháp thể tích Các thí nghiệm đợc tiến hành nhiệt độ 28 20C Các giá trị V H ghi bảng ®· ®ỵc xư lý quy vỊ mÉu H1 ë ®iỊu kiện chuẩn Nguyễn Hoàng Hào 35 Lớp 43A Hóa Khoá luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hoá lý III.2.2.1 Trờng hợp chất ức chế Bảng 8: Thể tích H2 giải phóng theo thời gian ngâm mẫu thÐp CT3 dung dÞch HCl 0,5N t(h) V (ml) VH2(ml) 0,5 4.31 H2 9.5 8.24 1,5 14.6 12.68 19.6 17.22 2,5 24 21.2 ThÓ tÝch H2 đo đợc quy điều kiện tiêu chuẩn theo công thức (8) ta đợc giá trị thể tích VO,H2 biểu diễn đồ thị Thí nghiệm tiến hành với mẫu H1 26,40C (299,4K) Từ phơng trình đồ thị VO,H2-t có dạng V = V0 + Vam.S.t tính đợc độ ăn Thể tích (ml) mòn Vam = 0,483693 (ml/cm2h) 20 15 10 §êng1 Thêi gian (h) Đồ thị 4: Trờng hợp chất ức chế y=8,524x - 0.0467 Các đờng biểu diễn đờng thẳng Hệ số góc k tơng ứng với tốc độ ăn mòn, k nhỏ tốc độ ăn nhỏ Nguyễn Hoàng Hào 36 Lớp 43A Hóa Khoá luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hoá lý III.2.2.2 Trờng hợp có chất ức chế urotropin Bảng 9: Thể tích H2 (ở điều kiện tiêu chuẩn) giải phãng theo thêi gian cña mÉu thÐp CT3 HCl 0,5N cã nång ®é 0,1mM -> 20mM C0 ThĨ tÝch (ml) t(h) V Z% 0,1 0,5 10 20 0.00 0.4467 0.7928 1.2180 1.6741 2.0743 2.4519 0.02314 96.41 0.00 0.4126 0.9189 1.4023 1.9102 2.3568 2.8136 0.02798 94.73 0.00 0.1312 0.2813 0.5414 1.7823 1.0398 1.2714 0.01237 97.58 0.00 0.0765 0.1586 0.3243 0.4898 0.6591 0.8592 0.00821 98.68 0.00 0.0213 0.0543 0.0841 0.1101 0.1267 0.1568 0.00103 98.78 0.00 0.0216 0.0550 0.0857 0.1247 0.1634 0.2103 0.00201 99.62 3.5 2.5 1.5 0.5 §­êng1 §­êng2 §êng3 §êng §êng5 §êng6 Thời gian (h) Đồ thị 5: Thể tích H2 thoát dung dịch có chất ức chÕ urotrropin §êng 1:(U) 0,5mM y=0.4878x - 0.0423 §êng 2:(U) 0,1mM y=0.4098x - 0.0098 §êng 3:(U) 1mM y=0.2187x - 0.0062 §êng 4:(U) 5mM y=0.1391x - 0.5740 §êng 5:(U) 10mM y=0.0260x - 0.0004 Đờng 6:(U) 20mM y=0.0347x - 0.00109 Nguyễn Hoàng Hào 37 Lớp 43A Hóa Khoá luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hoá lý Các đờng biểu diễn đờng thẳng Hệ số góc k tơng ứng với tốc độ ăn mòn, k nhỏ tốc độ ăn mòn nhỏ Từ liệu thực xử lý, xây dựng đồ thị ta đợc kết bảng, kết cho thấy nồng độ U tăng từ 0,1mM đến 10mM, tốc độ ăn mòn giảm từ 0,02395 ml/cm2h tơng ứng với hiệu bảo vệ tăng từ 96,41% lên 99,789% Khi nồng độ U tăng đến 20mM, tốc độ ăn mòn tăng lên 0.001871 ( ml/cm2h ), hiƯu qu¶ b¶o vƯ gi¶m Ýt (Z% = 99,629%) Nh có U hiệu bảo vệ thép CT3 dung dịch HCl 0,5N tăng lên râ rƯt HiƯu qu¶ b¶o vƯ tèt nhÊt ë nång độ urotrropin 10-20mM Kết phù hợp với phơng pháp trọng lợng Nhìn chung hiệu bảo vệ tăng theo thứ tự nh nhau, có sai khác nhỏ U 0,5mM U 20mM hai phơng pháp III.2.2.3 Trờng hợp có đồng clorua Bảng 10: Thể tích H2 (ở điều kiện tiêu chuẩn) giải phóng theo thời gian cña mÉu thÐp CT3 HCl cã CuCl2 0,01mM -> 0,5mM C0 t(h) V Z% 0,01 0,05 0,1 0,5 0.0000 1.0643 2.0615 3.3427 4.5918 5.8913 7.1162 0.06751 86.92 0.0000 1.4027 2.7987 4.3102 5.7623 7.1637 8.6270 0.08123 82.78 0.0000 1.4763 3.0010 4.5119 6.0897 7.7816 9.4321 0.08919 81.89 0.0000 1.7012 3.4126 5.2871 7.1003 8.9021 9.8864 0.10021 79.83 Từ liệu thực nghiệm xây dựng đồ thị 6, ta đợc kết ghi bảng 10 Các đờng biểu diễn đờng thẳng Hệ số góc k tơng ứng với tố độ ăn mòn, k nhỏ tốc độ ăn mòn nhỏ Từ kết cho thấy tốc độ ăn mòn tăng từ 0,06751 mA/cm2h đến 0,10021 mA/cm2h tơng ứng với hiệu bảo vệ giảm từ 86,92% xuống 79,83% nồng độ CuCl2 tăng từ 0,01mM đến Nguyễn Hoàng Hào 38 Lớp 43A Hóa Khoá luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hoá lý 0,5mM Hiệu bảo vệ phơng pháp thể tích cao phơng pháp trọng lợng nồng độ CuCl2 cao Nói chung, kết phơng pháp thể tích phù hợp với phơng pháp trọng l- Thể tích îng 12 10 §êng1 §êng2 §êng3 §êng4 Thêi gian (h) Đồ thị 6: Trờng hợp có CuCl2 Đờng 1:CuCl2 0,01mM y=1.2106x -0.2573 §êng 2:CuCl2 0,05mM y=1.4820x -0.0826 §êng 3:CuCl2 0,1mM y=1.5814x -0.1097 §êng 4:CuCl2 0,5mM y=1.8030x -0.0751 III.2.2.4 Trờng hợp có hỗn hợp ức chế urotropin 10mM ®ång clorua 0,01mM -> 0,5mM B¶ng 11: ThĨ tÝch H2 (ở điều kiện tiêu chuẩn) giải phóng theo thời gian mẫu thép CT3 ngâm liên tục 16h HCl 0,5N cã U 10mM vµ CuCl2 0,01 -> 0,5mM CCuCl2 (mM) 0,01 0,05 0,1 0,5 VH2(ml) 0.80256 0.82304 2.02089 2.70375 Vam(ml/cm h) 0.002837 0.003909 0.007143 0.009438 Z% 99.62 99.46 98.773 97.14 Xư lÝ d÷ liƯu thùc nghiƯm ta thÊy: Ngun Hoµng Hµo 39 Líp 43A Hãa ... tài: "ảnh hởng số chất vô cơ, hữu dạng đơn tổng hợp đến trình ăn Nguyễn Hoàng Hào Lớp 43A Hóa Khoá luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hoá lý mòn thép CT3 môi trờng axit" Cụ thể, chất hữu urotropin... số trung tâm nghiên cứu quan tâm thực phạm vi rộng Đặc biệt hớng nghiên cứu khả ức chế ăn mòn thép môi trờng axit số hợp chất hữu vô cơ, dạng đơn tổng hợp để từ lựa chọn chất ức chế hỗn hợp chất. .. với môi trờng bên I.1.2 Phân loại [1] Có nhiều cách phân loại trình ăn mòn theo trình ăn mòn, theo môi trờng ăn mòn theo đặc tính phá huỷ Chủ yếu ngời ta phân loại theo trình ăn mòn: - Ăn mòn