BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC
VIỆN HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
TRƯƠNG THỊ THẢO NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA VÀ KHẢ NĂNG
ỨC CHẾ ĂN MÒN THÉP CACBON THẤP TRONG
MÔI TRƯỜNG AXIT CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT
CÓ NGUỒN GỐC TỰ NHIÊN Chuyên ngành : Hóa lý – Hóa lý thuyết
Mã số : 62.44.31.01

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội – Năm 2012


được một bước tiến lớn trong lịch sử văn minh loài người. Từ đó cho đến
nay, kim loại đã trở thành một nguyên vật liệu thiết yếu đối với đời sống
và sản xuất. Tuy nhiên, trong các điều kiện tự nhiên, kim loại dần bị ăn
mòn. Các kim loại ít bị ăn mòn như vàng, bạc, platin thì đắt, trữ lượng
nhỏ. Các kim loại phổ biến hơn như sắt thì lại dễ bị ăn mòn. Chi phí cho
việc sửa chữa, thay thế các vật liệu, thiết bị, phương tiện bị ăn mòn không
nhỏ chưa kể đến các chi phí phát sinh khác. Vì vậy, song song với việc sử
dụng kim loại thì con người cũng phải tìm cách hạn chế quá trình ăn mòn
xảy ra.
Có nhiều phương pháp bảo vệ kim loại (và thép) khỏi ăn mòn đã được
thực hiện.Trong đó, sử dụng chất ức chế là một trong những phương pháp
bảo vệ truyền thống khá hiệu quả,
có thể kéo dài tuổi thọ của các công trình
lên 2- 5 lần và có tính kinh tế cao
. Nhiều loại chất ức chế đã được sử dụng
rộng rãi như muối nitrit, muối cromat, muối photphat, các amin hữu cơ,…
Tuy nhiên, nhiều trong số các chất này rất độc hại cho con người và môi
trường.

Hiện nay, vấn đề này đã trở thành một trong những tiêu chí hàng
đầu khi lựa chọn một chất đưa vào sử dụng, nhiều chất ức chế truyền thống
đã bị hạn chế, thậm chí cấm sử dụng do ảnh hưởng độc hại của chúng với
con người và môi trường
.
Một xu hướng nghiên cứu mới đối với các nhà nghiên cứu ăn mòn ở
Việt Nam cũng như trên thế giới, đó là tìm kiếm các chất ức chế thân thiện
môi trường - ức chế xanh. Dịch chiết cây trồng có thành phần hữu cơ đa
dạng, có khả năng hấp phụ lên bề mặt kim loại để hạn chế ăn mòn mà lại dễ
kiếm, dễ chế biến, giá thành không cao; những chất có nguồn gốc cây trồng
có thể tổng hợp được dễ mà không độc hại đang được nghiên cứu. Ngoài ra

4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án
Luận án đã khảo sát bằng thực nghiệm một cách hệ thống về khả năng
ức chế chống ăn mòn đối với thép cacbon thấp trong môi trường axit của
các cao chiết chè, thuốc lá, một số sản phẩm tách từ chè Thái Nguyên. Số
liệu thực nghiệm đã chỉ rõ các thông số thực nghiệm về điều kiện bảo vệ
ức chế ăn mòn như nồng độ, thời gian, nhiệt độ cũng như phương pháp
tiến hành thực nghiệm và tính toán kết quả; chứng minh có thể hạn chế ăn
mòn thép cacbon thấp trong môi trường axit bằng cao chiết chè, thuốc lá
cũng như một số sản phẩm tách được từ chè. Luận án cũng tính toán được
các thông số nhiệt động học quá trình hấp phụ, quá trình ăn mòn và ức chế
ăn mòn. Đây là các số liệu mới có giá trị, đóng góp cả về mặt thực tiễn và
lý thuyết cho chuyên ngành nghiên cứu hấp phụ, xử lý bề mặt và bảo vệ
kim loại.
Hơn nữa, kết quả luận án còn góp phần định hình một hướng nghiên
cứu mới, phù hợp với xu thế chung trên thế giới cũng như các điều kiện
của Việt Nam: Tìm kiếm, thử nghiệm các chất ức chế xanh thân thiện môi
trường. Luận án còn đóng góp vào việc khẳng định khả năng tự điều chế
3
các chất ức chế ăn mòn, đáp ứng được yêu cầu nghiên cứu và hướng tới
việc ứng dụng trong nước.
5. Điểm mới của luận án
- Đây là luận án đầu tiên ở Việt Nam tiến hành nghiên cứu về khả
năng ức chế ăn mòn kim loại của một số chất ức chế xanh thân thiện môi
trường.
- Chiết, tách được một số chất ức chế ăn mòn có hiệu quả khá cao từ
các cây trồng phổ biến tại địa phương: Cao chiết thuốc lá trong nước, cao
chiết chè trong nước, cặn nước của cao chiết chè trong nước, caffein trong
chè Thái Nguyên. Kết quả cho thấy hiệu quả ức chế của các chất khảo sát
là có thể so sánh với chất ức chế hóa học truyền thống như urotropin. Đây
là cơ sở cho việc tiến tới ứng dụng các chất ức chế xanh trong bảo vệ

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Khảo sát ức chế ăn mòn thép bằng các sản phẩm chiết từ các mẫu
thực vật
3.1.1.Chiết mẫu thực vật
Lá chè xanh, thuốc lá chiết theo quy trình thu được sản phẩm gọi là
cao chiết. Kết quả chiết thu đươc trong bảng 3.1.
Bảng 3.1: Tỷ lệ khối lượng cao chiết so với khối lượng mẫu thực vật khô
Stt

mẫu Dung môi Ký hiệu m
o
(g) m
sp
(g) H (%)

1 C
2
H
5
OH E(C) 250 65,39 26,16
2
Chè
xanh
H
2
O W(C) 500 71,53 14,31
3 CH
3
OH:H
2

0,1g/l đến 1,0g/l, hiệu quả ức chế ăn
mòn tăng rõ rệt nhưng khi nồng độ
cao chiết tăng từ 1,0g/l đến 5,0g/l thì
hiệu quả bảo vệ tăng không đáng kể.
ở cùng nồng độ thì cao chiết chè
nước W(C) và cao chiết thuốc lá
nước W(T) có khả năng ức chế ăn
mòn cao hơn so với các cao chiết
bằng dung môi hỗn hợp M80(T) và
dung môi hữu cơ E(C).
b) Đối với thép so sánh
Nghiên cứu tương tự thực hiện đối với thép so sánh. Kết quả tính toán
các đặc trưng quá trình ăn mòn từ phép đo điện trở phân cực dựng được đồ
thị hình 3.4.
U(V)
-0.35-0.4-0.45-0.5-0.55
j(mA/cm^2)
4.00
3.00
2.00
1.00
0.00
-1.00
-2.00
-3.00
-4.00
-5.00
-6.00
b)M80(T)


Dung môi metanol:nước = 80:20
hoặc etanol là những dung môi tối ưu
để chiết tách các hợp chất có thể có
trong cây trồng, do đó, thành phần hóa học trong hai cao chiết M80(T) và
E(C) phức tạp, chứa cả các hợp chất có hoạt tính điện hóa kém. Đó có thể
là nguyên nhân làm giảm khả năng ức chế ăn mòn của hai cao chiết này so
với các cao chiết trong nước. Do đó, trong các nghiên cứu tiếp theo sẽ tập
trung vào hai cao chiết trong nướcW(C) và W(T).
3.1.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ axit
Đường cong phân cực thép CT38 trong dung dịch HCl 1M và HCl
0,01M có mặt W(C) nồng độ khác nhau đo sau 60 phút ổn định mẫu cho
trên hình 3.5 và hình 3.6. Kết quả tính toán dựng được đồ thị hình 3.7. Từ hình 3.5 – 3.7 dễ dàng
nhận thấy: Khả năng ức chế ăn mòn thép CT38 của cao chiết W(C) trong
dung dịch HCl 1M tốt hơn trong dung dịch axit HCl 0,01M.

Hình 3.4.
Hiệu quả ức chế ăn mòn thép so sánh
trong dung dịch HCl 1M của các cao
chiết với nồng độ khác nhau
Hình 3.5
: Đường cong phân cực dạng
log của thép CT38 trong dung dịch HCl
1M có mặt W(C) ở các nồng độ khác
nhau

mòn thép CT38 bằng một số chất ức chế khác nhau
a) Phương pháp tổn hao khối lượng
Mỗi thử nghiệm gồm ba mẫu,
tính tốc độ ăn mòn trung bình và
dựng đồ thị hình 3.10. Kết quả thực
nghiệm này cho thấy: khi đặt trong
dung dịch có thêm các chất ức chế,
tốc độ ăn mòn trung bình của thép
giảm rõ rệt so với đạt trong dung dịch
nền. Hiệu suất bảo vệ khá cao, đạt
>80%. Cao chiết chè nước W(C) và
thuốc lá nước W(T) có khả năng ức
chế ăn mòn gần tương đương so với
chất ức chế truyền thống là urotropin. Hình 3.7
:
Hiệu quả ức chế ăn mòn thép CT38
trong môi trường axit HCl nồng độ
khác nhau theo nồng độ cao chiết.
Hình 3.9: Sự thay đổi hiệu quả ức
chế ăn mòn thép CT38 trong dung
dịch HCl 0,01M của các cao chiết
khác nhau theo th
ời gian.

0
1
2

nhiệt độ phòng.
1 - nền HCl 0,01M 2 - nền + W(C) 2,0g/l
3 - nền + W(T) 2,0g/l 4 - nền + urotopin 7,0g/l
Hình 3.11 cho thấy: đường cong phân cực dạng log của thép CT38
trong dung dịch HCl 0,01M có mặt các chất ức chế đều giảm mật độ dòng
anot và catot so với đường đo trong dung dịch nền, dạng đường đo trong
dung dịch có mặt cao chiết chè nước W(C) và cao chiết thuốc lá nước
W(T) gần trùng nhau và cao hơn một chút so với đường đo trong dung dịch
có mặt urotropin. Có thể sơ bộ đánh giá: các chất sử dụng đều có khả năng
ức chế cho quá trình ăn mòn thép CT38 trong dung dịch HCl 0,01M khi
thời gian ngâm kéo dài từ 1 đến 10 ngày, tuy nhiên khả năng ức chế của hai
cao chiết sử dụng W(C) và W(T) còn chưa tốt bằng urotropin
c) Phương pháp tổng trở
Hình ảnh phổ tổng trở thép CT38 trong các dung dịch thử nghiệm theo
thời gian ghi trên hình 3.13
9
0
200
400
600
800
1000
1200
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
Z im (ohms )
Zre (ohms)
Nyquist (Def)
EIS-M78-HCl+U-1h
(Ovl) EISM 55HClU5h
(Ovl) EIS-M78-HCl+U-1ng

(Ovl) EISM71HClche1ng
(Ovl) EISM71HClche3ng
(Ovl) EISM71HClche6ng
(Ovl) EIS-M44 HCl+DC 10ng

0
1000
2000
3000
0 1000 2000 3000 4000 5000
Zim (ohms)
Zre (ohms)
Nyquist (Def)
EISM5 1HClTla 1h
(Ovl) EISM51HClT l a5h
(Ovl) EISM51HClT l a1ng
(Ovl) EISM51HClT l a3ng
(Ovl) EISM51HClT l a6ng
(Ovl) EIS-M63-HCL+DCTla-10ng

(a) HCl 0,0 1M b) HCl 0,01M+W(C)2g/l (c) HCl 0,01M+W(T)2g/l So sánh các giá trị tổng trở thì tổng trở điện cực thép CT38 trong dung
dịch HCl 0,01M có mặt cao chiết thuốc lá nước W(T) lớn nhất rồi đến
trong dung dịch có mặt cao chiết chè nước W(C) rồi mới đến dung dịch có
mặt urotropin. Như vậy, cao chiết thuốc lá và chè trong nước W(C), W(T)

(a) nền HCl 0,01M (b) nền+W(C) 2,0g/l (c) nền+W(T) 2,0g/l (d) nền+U 7,0g/l
Hình 3.16: Ảnh SEM mẫu thép CT38 trong dung dịch HCl 0,01M có các
chất ức chế khác nhau sau 10 ngày ngâm ở nhiệt độ phòng.
Quan sát các hình 3.14 – 3.16 cho thấy: trong dung dịch nền, bề mặt
mẫu bị phá hủy nghiêm trọng, khi có các chất ức chế thì mức độ phá hủy
bề mặt giảm đáng kể. Sau 3 ngày ngâm thì bề mặt mẫu trong dung dịch có
Urotropin ít phá hủy nhất nhưng khi thời gian tăng lên 6 đến 10 ngày thì
mức phá hủy bề mặt lại mạnh hơn khi trong dung dịch có W(C) 2,0g/l
hoặc W(T) 2,0g/l.
Như vây, kết quả nghiên cứu bằng các phương pháp khác nhau tương
đối phù hợp với nhau: cao chiết chè và thuốc lá trong nước có khả năng ức
chế ăn mòn thép CT38 trong dung dịch HCl 0,01M với hiệu quả không
thua kém một chất ức chế truyền thống là urotropin. Hiệu quả bảo vệ khá
ổn định theo thời gian.
Chè là cây trồng nổi tiếng và có sản lượng lớn ở Thái Nguyên. Do đó
trong các nghiên cứu tiếp theo sẽ tiếp tục trên đối tượng này.
3.2. Ức chế ăn mòn thép CT38 trong môi trường axit bằng các sản
phẩm tách từ cao chiết chè trong nước
3.2.1. Tách và khảo sát thành phần hóa học cao chè nước
Cao chè nước W(C) được tách theo sơ đồ hình 2.1. Hàm lượng các
phân đoạn tách được ghi trong bảng 3.8. Hàm lượng cặn nước (W) là cao
nhất, chứng tỏ việc chiết là chè bằng nước tách được chủ yếu các hợp chất
có tính phân cực cao.
11
Bảng 3.8: Hàm lượng các phân
đoạn tách cao chiết W(C).
Stt

Tên
cặn

các cặn chiết phân đoạn từ cao chiết chè
Các phân đoạn tách từ cao chiết chè nước W(C) được sử dụng làm
các chất ức chế ăn mòn thép CT38 trong dung dịch axit ở hai nồng độ
0,1g/l và 1,0g/l. Thực nghiệm ghi lại đường điện trở phân cực và đường
cong phân cực điện cực sau khi ổn định 60 phút trong các dung dịch thử
nghiệm. Kết quả tính toán từ đường điện trở phân cực xây dựng đồ thị
3.20.
Hình 2.1: Sơ đồ tách cao chè nước
Hình 3.17: Ảnh phổ cộng hưởng từ hạt nhân
13
C –
1
H cặn D
12

a) Trong HCl 0,01M b) Trong HCl 1M
Hình 3.20: Tốc độ ăn mòn thép CT38 ngâm 60 phút tại 25
o
C trong các
dung dịch HCl có mặt các chất ức chế khác nhau
Từ hình 3.20 ta thấy: Trong dung dịch HCl 0,01M có mặt các cặn
phân đoạn nồng độ 0,1g/l, hiệu quả ức chế của các cặn phân đoạn không
khác nhiều cao chiết tổng khi chưa phân tách. Ở nồng độ các cặn phân
đoạn 1,0g/l thì trừ cặn H, sự có mặt các cặn khác đều làm giảm tốc độ ăn
mòn thép so với dung dịch có mặt cao chiết chè trong nước chưa phân tách
W(C). Trong đó cặn D, B và cặn W có hiệu quả cao hơn hẳn ở nồng độ
1g/l (~68%, ~72% và ~63% so với ~51,74% của dịch W(C).
Caffein có hàm lượng khá cao trong chè xanh, dễ tách nên caffein sẽ
được tách và cùng với cặn W sử dụng làm chất ức chế ăn mòn thép CT38
trong các nghiên cứu sâu hơn tiếp theo.

mật độ dòng anot giảm rõ rệt, ở nồng độ 1g/l đến 10g/l thì đường đo cong
phân cực đo được đều có mật độ dòng anot và catot giảm mạnh. Trong
dung dịch HCl 1M thì mật độ dòng anot và catot đều giảm rõ rệt so với
đường đo trong dung dịch nền ở mọi nồng độ cặn W, nồng độ càng lớn
mật độ dòng anot và catot càng giảm. Như vậy, cặn W cũng là chất ức
chế hỗn hợp cho thép CT38 trong dung dịch HCl và tăng hiệu quả khi
nồng độ tăng.
3.2.3.2. Ảnh hưởng của thời gian thử nghiệm
Điện cực thép CT38 ngâm trong dung dịch HCl 0,01M có mặt cặn W
nồng độ 1,0g/l các khoảng thời gian khác nhau rồi đo điện trở phân cực,
đường cong phân cực. Kết quả tính toán từ đường đo điện trở phân cực
dựng được đồ thị hình 3.24. Từ hình 3.24 nhận thấy: điện trở phân cực quá trình ăn mòn tăng
nhanh từ 0 phút đến 60 phút thử nghiệm rồi khá ổn định khi thời gian thử
nghiệm tăng, điều này giải thích là do quá trình hấp phụ các chất lên điện
cực dần dần và đạt cân bằng ở khoảng 60 phút, sự hấp phụ này cũng khá
bền vững, vì tốc độ ăn mòn gần như không tăng. Như vậy có thể sơ bộ kết
luận, khả năng ức chế ăn mòn thép CT38 trong dung dịch axit của cao
chiết chè nước W(C) chủ yếu do cặn W quyết định.

a b c d
Hình 3.25: Ảnh chụp bề mặt thép CT38 ngâm trong dung dịch HCl 1M
(a,b) có mặt cặn W 5,0g/l (c,d) sau 1giờ ngâm ở 25
o
C)

ăn mòn thép CT38 trong môi trường axit.
3.2.4.1. Tách và xác định caffein
Caffein được tiến hành tách trực tiếp từ chè búp khô theo quy trình
hình 3.26a. Kết quả chụp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (hình 3.26b ) chứng
tỏ sản phẩm tách được là caffein. Hiệu quả thu hồi caffeine là ~1,6%.

Hình 3.26a: Sơ đồ tách caffeine Hình 3.26b: Ảnh phổ cộng hưởng từ
từ chè búp khô hạt nhân
13
C-
1
H sản phẩm tách được
3.2.4.2. Ảnh hưởng của nồng độ caffein
a) Phương pháp tổn hao khối lượng
Phương pháp tổn hao khối lượng thực hiện với thời gian ngâm mẫu 1
ngày. Kết quả tính toán trong bảng 3.13.
Bảng 3.13 cho thấy: Ở nồng độ nhỏ (dưới 0,1g/l) hiệu quả bảo vệ rất
thấp, mẫu bị ăn mòn rõ rệt, các mẫu sau khi ngâm chuyển sang màu đen,
sủi bọt khí. Ở nồng độ caffein từ 1,0g/l trở nên mẫu được bảo vệ đáng kể,
bằng mắt thường quan sát các mẫu trắng sáng và hầu như không sủi bọt
khí. Hiệu quả bảo vệ cao nhất đạt 93,62% ở nồng độ dịch chiết 3,0g/l.
Bảng 3.13: Các thông số quá trình thử nghiệm ăn mòn thép CT38 trong
môi trường HCl 1M có mặt caffein nồng độ khác nhau theo phương pháp
tổn hao khối lượng.
15
C

(g/l)
S(cm
2

44,6105

43,2945 1,3160 2,34 18,29
0,10 55,9998

43,9625

43,1627 0,7998 1,43 50,12
0,50 56,0838

44,0044

43,5954 0,4090 0,73 74,53
1,00 56,1758

44,5568

44,3573 0,1995 0,36 87,60
2,00 55,9326

44,2840

44,1128 0,1712 0,31 89,31
3,00 56,6104

44,5730

44,4696 0,1034 0,18 93,62
5,00 56,6766



5
–
2,0g/l

6
–
3,0g/l

16
-100
0
100
200
300
400
0 100 200 300 400 500 600
Zim (ohms)
Zre (ohms)
Nyquist (Def)
C2glA EISM67 1h
(Ovl) C00A EISM12 1h
(Ovl) C005glA EISM67 1h
(Ovl) C01glA EISM12 1h
(Ovl) C05glA EISM67 1h
(Ovl) C1glA EISM12 1h
(Ovl) C5glA EISM67 1h
(Ovl) 3glA EISM 16 1h

Hình 3.28: Phổ tổng trở (a) và mạch tương đương (b) thép CT38 ngâm 60

Q(µ
µµ
µF/cm
2
)

N
C
dl
(µ
µµ
µF/cm
2
)

H(%)
0,0 0,36 71,13

239,28

0,823

99,440,01 1,85 54,42

260,34

0,861

65,57
1,0 1,61 296,42

147,04

0,731

48,28

76,00
2,0 1,83 425,51

108,34

0,815

47,65

83,28
3,0 1,83 559,04

97,38

0,806

46,42

87,28
5,0 1,66 578,18


= Q(ω
max
)
n-1
(3.8)
Với ω
max
là tần số góc tại giá trị tổng trở ảo đạt giá trị lớn nhất.
Các giá trị thu được từ bảng 3.15 cho thấy:
- Ở nồng độ nhỏ (<0,1g/l), hiệu quả bảo vệ ăn mòn không cao (<46%).
Khi nồng độ caffein tăng, điện trở điện cực tăng, hiệu quả bảo vệ tăng
đáng kể(>80%).
- Trong dung dịch nền và nồng độ caffein nhỏ, hệ số nén n khá cao
chứng tỏ bề mặt bị ăn mòn và các sản phẩm ăn mòn làm cho bề mặt rỗ
nhiều, caffein hấp phụ và sản phẩm ăn mòn làm cho bệ mặt không đồng
nhất. Q và C
dl
đến nồng độ caffein 0,05g/l đều khá lớn. Khi nồng độ
caffein lớn hơn 0,1g/l thì hệ số nén, Q và C
dl
đều giảm chứng tỏ lớp kép
hình thành dày dần lên, tính dẫn điện giảm đi, khả năng cản trở dung dịch
tiếp xúc với bề mặt tăng lên làm hạn chế ăn mòn. Sự giảm giá trị điện dung
C
dl
khi nồng độ caffein tăng có thể suy ra từ sự giảm hằng số điện môi khu
vực và/hoặc sự tăng bề dày lớp kép, gợi ý rằng caffein hấp phụ phụ thuộc
nồng độ lên ranh giới bề mặt thép/dung dịch. Sự giảm C
dl
khi nồng độ

C; 2 – 35
o
C; 3 – 45
o
C
Hình 3.30 cho thấy: Khi nhiệt độ tăng, trong dung dịch có hay không
có caffein thì mật độ dòng anot và catot điện cực nghiên cứu trong các
dung dihcj tương ứng đều giảm, ứng với tốc độ ăn mòn tăng. Điều này
hoàn toàn phù hợp với thực tế và các lý thuyết. Tuy nhiên, hiệu quả bảo vệ
của caffein 3,0g/l ở nhiệt độ khác nhau khá ổn định, nhiệt độ tăng nhưng
hiệu quả bảo vệ giảm không đáng kể (25
o
C, H~83%; 35
o
C, H~82%; 45
o
C,
H~78%).
3.2.4.4. Ảnh hưởng của thời gian thử nghiệm
a) Phương pháp đo đường cong phân cực
Hình 3.31 cho thấy khi thời gian thử nghiệm kéo dài chỉ có đường
cong phân cực đo ở thời điểm 30 phút có mật độ dòng anot lớn hơn đáng
kể đường đo ở các thời điểm còn lại, các đường đo ở các thời điểm từ 60
phút đến 1 ngày gần như trùng nhau, Như vậy, quá trình tương tác (hấp

0
10
20
30
40
50
60
70
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Zim (ohms)
Zre (ohms)
Nyquist (Def)
C00glA EISM12 5h
(Ovl) C00A EISM12 1h
(Ovl) C00glA EISM12 3ng
(Ovl) C00glA EISM12 6ng
(Ovl) C00glA EISM12 10ng
Đồ thị Nyquist của thép CT38 trong dung dịch HCl 1M có mặt cafein
3,0g/l luôn có trở kháng tăng gấp 8 đến khoảng 15 lần so với trong dung
dịch không có caffeine trong khoảng thời gian thử nghiệm. Khi có mặt
cafein, dạng đồ thị Nyquist bị nén mạnh chứng tỏ sự hấp phụ caffeine lên
bề mặt làm bề mặt có tính không đồng nhất cao.
3.3. Đề xuất ban đầu cơ ché ức chế ăn mòn thép CT38 trong môi
trường axit của các chất ức chế nghiên cứu.
3.3.1. Cơ chế hấp phụ
Khi đặt kim loại trong dung dịch HCl, trước hết có sự hấp phụ các
phân tử nước, các ion H

Hình 3.33: Phổ tổng trở của thép CT38 trong dung dịch HCl 1M (a) có
mặt caffein 3g/l (b) ở các thời gian ngâm mẫu khác nhau
20
mòn, làm giảm tốc độ phản ứng. Như vây, có chế ức chế là cơ chế hấp
phụ.
Trong các nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chất ức chế tới quá
trình ăn mòn đều cho thấy hiệu quả bảo vệ tăng khi nồng độ chất ức chế
tăng. Nhưng khi nồng độ chất ức chế tăng đến một giới hạn nhất định thì
sự tăng nồng độ chất ức chế không làm tăng đáng kể hiệu quả ức chế ăn
mòn nữa, tức là ở nồng độ này sự hấp phụ đã đạt tới cân bằng, bề mặt bị
che phủ hoàn toàn. Việc tăng tiếp nồng độ chất ức chế mà đại lượng hấp
phụ không tăng chứng tỏ sự hấp phụ tạo thành có tính đơn lớp. Một cách
gần đúng, bỏ qua tương tác giữa các chất bị hấp phụ thì đặc điểm trên phù
hợp với các luận điểm của thuyết hấp phụ Langmuir. Thuyết này cũng đã
được nhiều tác giả sử dụng trong các nghiên cứu về ức chế ăn mòn.
Phương trình Langmuir dạng tuyến tính [11]:

1
C
C
K
θ
= +
(3.13)
C = nồng độ chất bị hấp phụ (chất ức chế) (g/l hoặc mol/l)
K = hằng số cân bằng quá trình hấp phụ
θ = Mức độ che phủ thực nghiệm tính theo biểu thức:
θ =
n
ucn

21 3.3.2. Nhiệt, động học quá trình hấp phụ và quá trình ăn mòn
* Nhiệt động học quá trình hấp phụ:
Năng lượng tự do quá trình hấp phụ cũng được nhiều tác giả tính toán
theo phương trình:
∆G
o
= -2,303RTlog(55,5xK) (3.16)
Với R = hằng số khí; T = nhiệt độ K; 55,5 = nồng độ nước,
Bảng 3.19: Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và các thông số nhiệt
động quá trình hấp phụ W(C) và W lên thép CT38 trong dung dịch HCl.
Dung dịch
Phương trình
R
2
K
∆
∆∆
∆G
o
(kJ/mol)
W(C)/HCl 1M y=1,330x+0,543

0,9999

2,45

-12,172

o
) đều âm
chứng tỏ các quá trình này đều là các quá trình tự diễn biến.
- Các giá trị ∆G
o
 đều nhỏ hơn 20kJ/mol chứng tỏ đều là các quá
trình hấp phụ vật lý. Kết quả này phù hợp với giả thiết đưa ra ban đầu.
Ngoài ra nhiệt hấp phụ quá trình hấp phụ cũng được nhiều tác giả
tính toán theo phương trình:
caffein/HCl1M

Hình 3.35
: Đường hấp phụ
đẳng nhiệt Langmuir của
các chất ức chế khác nhau
lên thép CT38 trong dung
dịch HCl ở 25
o
C
22
∆H
hp
= 2,303Rx
12
21
TT
xTT
−



1
, θ
2
là độ che phủ bề mặt ở các nhiệt độ tương ứng.
Kết quả tính toán được nhiệt hấp phụ caffein lên bề mặt thép trong
dung dịch HCl 1M ở 25
o
C đến 45
o
C trong khoảng từ -6,38kJ/mol đến -
19,89kJ/mol. Giá trị ∆H
hp
âm chứng tỏ có sự hấp phụ là tỏa nhiệt và do
đó, quá trình hấp phụ giảm khi nhiệt độ tăng. Kết quả này phù hợp với kết
quả thực nghiệm là khi nhiệt độ tăng thì hiệu quả ức chế ăn mòn giảm.
Đây là một dấu hiệu nữa cho thấy quá trình hấp phụ có bản chất là hấp phụ
vật lý.
* Nhiệt, động học quá trình ăn mòn
Trong dung dịch HCl 1M, quá trình ăn mòn sắt có thể giả sử một cách
gần đúng là phản ứng: Fe + 2H
+
→ H
2
+ Fe
2+

Tốc độ phản ứng (quá trình ăn mòn) ở nhiệt độ khác nhau tuân theo
phương trình Arennius :
logv = -E
*

+
= [Org.xH]
x+
(3.22)
Phân tử proton hóa tương tác với phần catot trên bề mặt kim loại.
Đồng thời, có thể xảy ra liên kết giữa cặp electron chưa liên kết của N, O
chuyển một phần tới obital trống của kim loại trên phần anot.
Như vậy, với kích thước phân tử cồng kềnh, mỗi phân tử có nhiều
trung tâm tương tác với bề mặt kim loại, các chất ức chế nghiên cứu thay
thế các phân tử nước tạo thành trên bề mặt kim loại trong quá trình ăn
mòn. Bản chất quá trình hấp phụ là hấp phụ vật lý, tỏa nhiệt, tự diễn biến
và tạo lớp hấp phụ khá ổn định, làm tăng năng lượng hoạt hóa quá trình ăn
mòn. Sự hấp phụ thay thế xảy ra trên cả anot và catot, thực nghiệm cũng
cho thấy mật độ dòng anot và catot đường cong phân cực dạng log của
thép CT38 trong dung dịch axit HCl đều giảm khi có mặt chất ức chế.
Điều này cho thấy các chất ức chế sử dụng đều là chất ức chế hỗn hợp.
KẾT LUẬN
1. Điều chế được các sản phẩm dùng làm chất ức chế ăn mòn từ lá chè và
thuốc lá gồm:
a) 04 cao chiết: cao chiết chè trong nước W(C), cao chiết chè trong
etanol:nước = 8:2 E(C), cao chiết thuốc lá trong nước W(T), cao chiết
thuốc lá trong hỗn hợp metanol:nước = 8:2 M80(T). Hiệu suất thu hồi
cao chiết trong dung môi hữu cơ cao hơn trong nước.
b) Tách phân đoạn cao chiết chè trong nước thành các cặn phân đoạn với
dung môi có độ phân cực khác nhau: phân đoạn hexan (cặn H), phân
đoạn diclometan (cặn D), phân đoạn etylaxetat (cặn EA), phân đoạn
butanol (cặn B), phân đoạn nước (cặn W), trong đó cặn nước W có hàm