TRƯỜNG ĐẠI HỌC s ư PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HOÁ HỌC

NGUYỄN THỊ PHƯỢNG

TỎNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG
NANO HYDROTALCITE MANG

ứ c

CHẾ

ĂN MÒN THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG
TRONG LỚP PHỦ HỮU C ơ

KHOÁ LUẬN
TỐT NGHIỆP
ĐẠI
HỌC
•
•
•
•
Chuyên ngành: Hoá Công nghệ - Môi trường

Người hướng dẫn khoa học
PGS.TS. TÔ THỊ XUÂN HẰNG

HÀ NỘI, 2015





Khóa luận tốt nghiệp

SV: Nguyên Thị Phượng

MỤC LỤC

MỞ Đ Ầ U .........................................................................................................................1
1.

Lý do chọn đề tà i.............................................................................................................1

2.

Mục đích nghiên cứu...................................................................................................... 1

3.

Đối tượng nghiên c ứ u :.................................................................................................. 2

4.

Nhiệm vụ nghiên cứu:................................................................................................... 2

CHƯƠNG 1. TỒNG Q U A N ....................................................................................... 3
1.1. Ăn mòn kim loại và các phương pháp bảo vệ ............................................................3
1.1.1. Ăn mòn kim loại..................................................................................................... 3
1.1.2. Các phương pháp bảo vệ chống ăn mòn kimloại ............................................ 5
1.1.3. Lớp phủ hữu cơ bảo vệ chống ăn mòn kim loại.............................................. 6

3.3.1. Khả năng bảo vệ chống ăn mòn của màng sơ n.................................................28

3.3.2. Tính chất cơ lý của màng sơn..................................................................32
KẾT LUẬN................................................................................................................. 34
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................35

Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khoa Hóa học


Khóa luận tốt nghiệp

SV: Nguyễn Thị Phượng

DANH MỤC CÁC CHŨ VIÉT TẮT

HT

Hydrotalcite

HTM Hydrotalcite mang molypdat
IR

Phổ hồng ngoại

Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khoa Hóa học


kim loại..................................................................................................................19
Hình 2.5: Sơ đồ đo tổng trở màng sơn.................................................................................20
Hình 2.6: Máy đo bám d ín h ................................................................................................ 22
Hình 2.7: Máy đo độ bền va đ ậ p ........................................................................................ 22
Hình 3.1: Phổ hồng ngoại của natri molipdat (a), HT (b), và HTM(c)..................... 24
Hình 3.2: Ảnh kính hiển vi điện từ quét của HT (a) và HTM (b).............................. 24
Hình 3.3: Đường cong phân cực của điện cực thép sau 120 phút ngâm trong dung
dịch NaCl 0,1M và dung dịch NaCl 0,1M chứa HTM ở các nồng độ
khác n h au ............................................................................................................. 25
Hình 3.4: Phổ tổng trở của điện cực thép ngâm sau 2 giờ ngâm trong dung dịch
NaCl 0,1 M c h ứ a H T M .................................................................................... 27
Hình 3.5: Phổ tổng trở của màng sơn sau 3 ngày ngâm trong dung dịch NaCl 3% 28
Hình 3.6: Phổ tổng trở của màng sơn sau

8

ngày ngâm trong dung dịch NaCl 3% 29

Hình 3.7: Sự biến đôi điện trở màng sơn theo thời gian ngâm trong dung dịch
NaCl 3% ............................................................................................................... 30
Hình 3.8: Sự biến đổi Z100mHz của các mẫu theo thời gian ngâm trong
dung dịch NaCl 3% ............................................................................................ 31

Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Khoa Hóa học


Khóa luận tốt nghiệp


2. Mục đích nghiên cứu
Tổng hợp được hydrotalcit mang molipdat.

Đại học Sư phạm Hà Nội 2

1

Khoa Hóa học


Khóa luận tot nghiệp

-

SV: Nguyễn Thị Phượng

Chế tạo và đánh giá khả năng bảo vệ chống ăn mòn của lớp phủ epoxy chứa

hydrotalcit mang molipdat.

3. Đối tượng nghiên cứu:
Đe tài này nghiên cứu chế tạo và ứng dụng hydrotalcite mang ức chế ăn mòn thân
thiện môi trường trong lớp phủ hữu cơ bảo vệ chống ăn mòn cho thép cacbon.

4. Nhiệm vụ nghiên cún:
-Tông hợp hydrotalcit chứa molypđat
-Phân tích cấu trúc, tính chất của hydrotalcit
-Chế tạo lớp phủ epoxy chứa hydrotalcit, đánh giá khả năng bảo vệ chống ăn
mòn.


và môi trường tác dụng lên kim loại theo cơ chế phản ứng hoá học dị thể, nghĩa là
phản ứng chuyển kim loại thành ion xảy ra ở cùng một giai đoạn.
Ăn mòn điện hoá xảy ra do tác dụng của môi trường xung quanh lên bề mặt
kim loại theo cơ chế điện hoá tuân theo quy luật của động học điện hoá. Phản ứng
chuyển kim loại thành ion xảy ra không phải ở cùng một giai đoạn mà xảy ra ở
nhiều giai đoạn và ở nhiều khu vực khác nhau của kim loại.
- Ăn mòn điện hóa tuân theo quy luật của động học điện hóa và định luật
Faraday. Điển hình cho dạng ăn mòn này là ăn mòn galvanic, với các hợp kim được
tạo bởi nhiều nguyên tố kim loại có điện thế điện cực khác nhau cho nên khi làm
việc trong dung dich điện li tạo thành các pin ăn mòn, ta gọi đó là dạng ăn mòn
galvanic.
- Sự phá hủy kim loại theo cơ chế ăn mòn điện hóa rất phổ biến trong tự nhiên.
Trong thực tế phần lớn kim loại bị ăn mòn theo cơ chế điện hóa.

Đại học Sư phạm Hà Nội 2

3

Khoa Hóa học


Khóa luận tốt nghiệp

SV: Nguyễn Thị Phượng

- Ăn mòn điện hóa của kim loại gồm có ba quá trình cơ bản: quá trình anôt,
quá trình catôt và quá trình dẫn điện.
- Quá trình anôt là quá trình oxy hóa điện hóa, trong đó kim loại (chất khửred) chuyển vào dung dịch dưới dạng ion và giải phóng điện tử:
Me —►Me"+ + ne viết tổng quát là Red]—>Ox|+ ne
- Quá trình catôt là quá trình khử, trong đó các chất oxy hóa (ox-thường là H+


Khoa Hóa học


Khóa luận tốt nghiệp

SV: Nguyên Thị Phượng

- Những hao tổn trực tiếp bao gồm giá cả của các thiết bị ăn mòn (máy móc,
ống dẫn), các phí tổn quan trọng của các phương tiện bảo vệ: mạ điện, mạ niken của
thép hay sơn, sử dụng các chất ức chế ăn mòn.
- Những hao tổn gián tiếp gây ra những hậu quả nghiêm trọng như sự hư hại
thiết bị, mất mát sản phẩm, giảm hiệu suất, làm bẩn các sản phẩm thực phẩm...
Do vậy việc bảo vệ chống ăn mòn kim loại là một vấn đề cần thiết cả về kinh
tế cũng như công nghệ.

1.1.2. Các phương pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại [5]
Vấn đề bảo vệ chống ăn mòn kim loại phải được thực hiện đồng thời với việc
sử dụng kim loại, dựa trên sự hiểu biết các nguyên nhân và cơ chế của quá trình ăn
mòn người ta chia làm ba phương pháp chính như sau:
+ Thay đổi tính chất môi trường xâm thực.
+ Thay đôi tính chất của kim loại.
+ Tách kim loại khỏi môi trường xâm thực.
a) Thay đôi tính chất của môi trường xâm thực: đế thay đôi các tính chất của
môi trường xâm thực người ta loại bỏ các chất xâm thực hoặc đưa vào các chất làm
giảm tính xâm thực của môi trường. Chẳng hạn nếu oxy hòa tan trong dung dịch là
nguyên nhân ăn mòn người ta đuôi oxy vào không khí hay đưa vào các chất hấp phụ
đặc biệt như hidrazon hidrat, natri sunfit... để làm giảm tính xâm thực của các dung
dịch axit, muối, bazơ người ta thêm vào dung dịch các chất ức chế ăn mòn. Đe bảo
vệ các chi tiết máy chống ăn mòn khí quyển người ta dùng các chất ức chế bay hơi.

sử dụng rộng rãi trong công nghiệp là ngăn cách kim loại khỏi môi trường xâm thực
bằng lớp phủ bám dính tốt, không thấm và kín khít, độ cứng cao và điện trở thấp,
không bị ăn mòn hoặc bị ăn mòn với tốc độ yếu hơn tốc độ ăn mòn của kim loại cần
được bảo vệ, có độ bền cao. Có nhiều loại lớp phủ nhưng ta có thể chia thành ba
loại chính như sau:
+ Lớp phủ kim loại.
+ Lớp phủ phi kim loại.
+ Lớp phủ hữu cơ.
Bản chất của lớp phủ bảo vệ là ở chỗ cô lập kim loại với tác dụng của môi
trường xâm thực. Sự có mặt của lớp phủ trên bề mặt kim loại làm kìm hãm công
của các vi pin.
1.1.3. Lớp p h ủ hữ u cơ bảo vệ chổng ăn m òn kìm loại
1.1.3.1. Khải quát về sơn [8]
Sơn là hệ huyền phù gồm chất tạo màng, dung môi và một số chất phụ gia khác,
khi phủ lên bề mặt tạo thành lớp mỏng bám chắc, bảo vệ và trang trí vật cần sơn.
Hiện nay người ta chưa chế tạo được một loại sơn mà đồng thời đáp ứng mọi
yêu cầu như: bám dính, chống ăn mòn, chống thấm, tạo màu sắc, mà giá thành lại
chấp nhận được. Do đó người ta phải sơn nhiều lớp khác nhau. Mỗi hệ thống sơn
thường gồm ba lớp chính:

Đại học Sư phạm Hà Nội 2

6

Khoa Hóa học


Khóa luận tốt nghiệp

SV: Nguyễn Thị Phượng

Đại học Sư phạm Hà Nội 2

1

Khoa Hóa học


Khóa luận tốt nghiệp

SV: Nguyên Thị Phượng

1.1.3.3. Những yêu cầu với màng sơn
Màng sơn hữu cơ có những đặc điểm ưu việt hơn lớp phủ kim loại, chúng dễ
che phủ lên các chi tiết nhiều loại kích thước, bịt kín các lỗ, các khe, các vết rạn nứt,
không làm tính chất của kim loại bị thay đổi. Chúng là những vật liệu bảo vệ có
hiệu quả, gần 90% các chi tiết kim loại được bảo vệ bằng màng sơn. Màng sơn phải
thỏa mãn các yêu cầu sau:
+ Tạo một hàng rào bảo vệ tốt.
+ Kìm hãm hiệu quả quá trình ăn mòn.
+ Đảm bảo thời gian sử dụng lâu dài của các chi tiết máy được bảo vệ.
Đòi hỏi đầu tiên dễ thỏa mãn bằng cách phủ nhiều lớp vật liệu và đưa vào sơn
các pigment có khả năng bịt các lỗ xuất hiện trong màng.
Đê giảm quá trình ăn mòn có hiệu quả người ta đưa các chất ức chế ăn mòn
vào sơn như cromat kẽm, cromat chì. Trong một vài trường hợp người ta sử dụng
bột kẽm, nhôm vì chúng bảo vệ có hiệu quả và đóng vai trò protecter.

1.2. Hydrotalcite [8,10]]
1.2.1. K hái niệm
Hydrotalcite là hỗn hợp hydroxyt của kim loại hóa trị II và kim loại hóa trị III,
tạo thành các lớp bát diện mang điện tích dương. Đe cấu trúc trung hòa về điện tích

Anion halogen: F",

cr,

Br’,...

Oxo anion: N 0 3\ S 0 42’, C 0 32",...
1.2.2. Đặc điếm cấu trúc và tính chất
1.2.2.1.Đặc điêm cẩu trúc
Hydrotalcite có cấu trúc của brucite, Mg(OH)2. Trong đó, kim loại hóa trị II
phối trí bát diện với những ion hydroxid xung quanh, tạo thành các lớp. Trong cấu
trúc này, một vài nguyên tử kim loại hóa trị II (Mn) được thay thế bằng những
nguyên tử kim loại hóa trị III (Mm) và tỉ lệ nguyên tử M n : M m có thể thay đổi hoàn
toàn. Sự thay thế M m cho M 11 tạo nên những lớp điện tích dương trên những lớp
hydroxid kim loại, bởi vì kim loại hóa trị III vẫn phối trí bát diện với những nhóm
hydroxyl.

Đại học Sư phạm Hà Nội 2

9

Khoa Hóa học


Khóa luận tốt nghiệp

SV: Nguyên Thị Phượng

O IT
3+

Đại học Sư phạm Hà Nội 2

12

Khoa Hóa học


Khóa luận tốt nghiệp

SV: Nguyên Thị Phượng

Miyata và Okada 1977 đã thay đổi một vài tham số như nồng độ của các chất tham
gia phản ứng hoặc những điều kiện lọc rửa và sự kiêm soát pH trong quá trình điều
chế. Chính những yếu tố này ảnh hưởng đến sự hình thành HT.
Thuận lợi đầu tiên của phương pháp này là có thể điều chế được HT với thành
phần xác định. Trên lý thuyết, sự có mặt đồng thời của một lượng hydroxyt kim loại
hóa trị II và III cho phép chúng ta hi vọng một phạm vi rộng các hỗn hợp hydroxid
dựa trên sự kết hợp khác nhau của M 11 và M 111. Xa hơn nữa, các anion có thể được
ôn định một cách dễ dàng bằng tỷ lệ thích hợp muối của các kim loại tương ứng,
hoặc bằng sự đồng kết tủa trong dung dịch chứa anion tương ứng miễn là có một số
điều kiện thí nghiệm phải được lưu ý.
Phương pháp này hiện nay đã được củng cố chắc chắn, trong đó cấu trúc và
các tính chất hóa - lý của các sản phẩm được điều chế bởi sự đồng kết tủa phụ thuộc
rất lớn vào các yếu tố tổng hợp khác nhau như: phương pháp kết tủa, bản chất của
các chất tham gia, nồng độ các chất tham gia, pH của quá trình kết tủa, nhiệt độ,
thời gian phản ứng, sự hiện diện của tạp chất, điều kiện lọc rửa và sấy khô.
1.2.3. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước
Hydrotalcite được phát hiện đầu tiên vào năm 1842 tại Thụy Điển, Hochstetter
(1842) là người đầu tiên báo cáo về hydrotalcite [11]. Hydrotalcite thường được gọi
với cái tên hóa học là nhôm, magie hydroxicacbonat.

chất bảo vệ chống ăn mòn cho hợp kim nhôm của lớp phủ hữu cơ chứa hydrotalcite
Zn/Al-decavanadat [6 ]. Bảo vệ chống ăn mòn đạt được do sự nhả vanadat và Zn2+
có tác dụng ức chế ăn mòn anôt và catôt tương ứng cho nhôm. Sự trao đổi anion
decavanat kích thước lớn bằng ion clorua kích thước nhỏ trong cấu trúc hydrotalcite
được nghiên cứu bằng phổ nhiễu xạ tia X. Các kết quả thu được cho thấy lớp phủ
chứa hydrotalcite Zn/Al -decavanadat vẫn chưa có khả năng bảo vệ tương đương
lớp phủ chứa cromat.
M. Zhang và cộng sự đã tổng hợp hydrotalcite mang molipdat (HT - M o 0 42’)
làm bột màu chống ăn mòn mới trong bảo vệ hợp kim Mg [12]. Những đặc trưng hóa
lí của nó đã được xác định bằng các phương pháp: phổ nhiễu xạ tia X, kính hiên vị
điện tử quét (SEM), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), phổ hồng ngoại (FT-IR),
phô Raman và (ICP). Bột màu đã có những đặc tính tiêu biểu của molipdat cùng với
hydrotalcite; thêm vào đó, kết quả cũng cho thấy bột màu có dạng phiến cấu trúc
nano với kích thước 35-60 nm. Hơn nữa, lớp phủ chứa bột màu hydrotalcit - M o 0 42"
trên hợp kim Mg đã có tính bảo vệ ăn mòn cao hơn rõ rệt hơn so với bột màu stronti
cromat được xác định bằng các phương pháp tổng trở điện hóa. Cơ chế bảo vệ chống
ăn mòn của lớp phủ chứa bột màu HT - M o 0 42' trên hợp kim Mg được đề xuất là do
sự trao đổi ion dẫn đến việc giải phóng chất ức chế molybdat và Zn2+.
Các nghiên cứu sử dụng hydrotalcite làm chất mang ức chế ăn mòn cho thấy
các anion ức chế có thể được chèn vào cấu trúc của hydrotalcite và các anion ức chế
có thể được giải phóng ra từ hydrotalcite vào dung dịch NaCl và có tác dụng bảo vệ
chống ăn mòn kim loại. Các ức chế ăn mòn vô cơ chủ yếu được nghiên cứu là
vanadat và molipdat và tungstat. ứ c chế ăn mòn hữu cơ chứa nhóm cacboxylat cũng
được nghiên cứu, nhưng không nhiều. Hai loại hydrotalcite chủ yếu được nghiên
cứu sử dụng mang ức chế ăn mòn là hydrotalcite Mg/Al và Zn/Al. Một số lớp phủ

Đại học Sư phạm Hà Nội 2

14



SV: Nguyễn Thị Phượng

CHƯƠNG 2. THỤC NGHIỆM

2.1. Dụng cụ và hóa chất
2.1.1 D ụng cụ
• Cân phân tích (độ chính xác 0.1 mg).
• Cốc 500ml, 250ml, 100ml
• Cối nghiền sơn.
• Máy khuấy từ và con từ
• Máy tạo màng li tâm
• Máy rung siêu âm
• Giấy lọc, lưới lọc, giấy bạc
• Pipet, ống đong
• Bình định mức
Các loại máy móc thiết bị, dụng cụ thông dụng cần thiết cho quá trình thí
nghiệm có phòng thí nghiệm.
2.1.2.

Nguyên liệu, hóa chất.

• Z n (N 0 3 )2 .9H20
• A1(N0 3 )3 .6H20
• Na 2M o 0 4.2H20
•

Epoxy Epikote 828 Momentive Specialty Chemicals Inc

• Đóng rắn Epikure 8537 Momentive Specialty Chemicals Inc

không trong 24h.

H ình 2.1. S ơ đồ tổng hợp hydrotalcite m ang m olipdat (HTM)

Đại học Sư phạm Hà Nội 2

17

Khoa Hóa học


Khóa luận tốt nghiệp

SV: Nguyễn Thị Phượng

2.3. Chế tạo màng sơn epoxy chứa nano HTM
Cân HTM cho vào cốc khuấy cùng 50g dung môi trong 20 phút, rung siêu âm
15 phút, lặp lại quá trình trên 3 lần, sau đó cho khuấy 24 giờ, cho thêm 5g đóng rắn
vào cốc khuấy trong 20 phút, rung siêu âm 15 phút, (2 lần), tiếp tục bổ sung cho đủ
25g đóng rắn, khuấy qua đêm rồi cho nốt đóng rắn vào cốc khuấy 4 giờ, cho epoxy
vào khuấy đều tạo màng trên nền thép bằng máy tạo màng li tâm.

2.4. Các phương pháp nghiên cứu
2.4.1. Phương pháp phổ hằng ngoại
Quang phổ hồng ngoại (IR) là một trong những phương pháp phổ biến nhất
được sử dụng để phân tích cách hợp chất hữu cơ và vô cơ. Nó đo sự hấp thụ ở các
tần số khác nhau thuộc khoảng IR bởi một mẫu. Phương pháp phổ hồng ngoại cho
phép phân tích và xác định các nhóm chức, xác định cấu trúc hợp chất. Phổ hồng
ngoại được đo trên máy Nicolet Nexus 760 ở vùng bước sóng từ 4000 cm ' 1 đến 400
cm ’ 1 tại Viện kỹ thuật nhiệt đới. Hydrotalcite được đo ở dạng ép viên với KBr.