1. Trang Chủ
  2. Khoa học tự nhiên
  3. Khóa luận tốt nghiệp: Tổng hợp và đặc trưng tính chất của hybrid hydrotanxit/graphen oxit mang ức chế ăn mòn hữu cơ

Khóa luận tốt nghiệp: Tổng hợp và đặc trưng tính chất của hybrid hydrotanxit/graphen oxit mang ức chế ăn mòn hữu cơ

Đề tài gồm 2 mục đích chính: Tổng hợp được hybrid hydrotanxit/graphen oxit (HT-GO) mang ức chế ăn mòn hữu cơ 2-benzothiazolythio-succinic acid (BTSA); xác định khả năng giải phóng ức chế ăn mòn của HT-GO/BTSA. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC  TRƯƠNG THỊ THÚY HẰNG TỔNG HỢP VÀ ĐẶC TRƯNG TÍNH CHẤT CỦA HYBRID HYDROTANXIT/GRAPHEN OXIT MANG ỨC CHẾ ĂN MÒN HỮU CƠ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Hà Nội – 2018 TRƯỜNG ĐHSP HÀ NỘI

Thể loại Tài liệu miễn phí Khoa học tự nhiên

Số trang 47

Ngày tạo 4/2/2023 7:24:04 AM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 1.88 M

Tên tệp

Tải Khóa luận tốt nghiệp: Tổng hợp và đặc trưng tính c... (.pdf)

Xem mẫu

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC  TRƯƠNG THỊ THÚY HẰNG TỔNG HỢP VÀ ĐẶC TRƯNG TÍNH CHẤT CỦA HYBRID HYDROTANXIT/GRAPHEN OXIT MANG ỨC CHẾ ĂN MÒN HỮU CƠ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Hà Nội – 2018
  2. TRƯỜNG ĐHSP HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC  TRƯƠNG THỊ THÚY HẰNG TỔNG HỢP VÀ ĐẶC TRƯNG TÍNH CHẤT CỦA HYBRID HYDROTANXIT/GRAPHEN OXIT MANG ỨC CHẾ ĂN MÒN HỮU CƠ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Người hướng dẫn khoa học PGS. TS. TÔ THỊ XUÂN HẰNG Hà Nội – 2018
  3. LỜI CẢM ƠN Bản khóa luận này được hoàn thành tại phòng nghiên cứu Sơn bảo vệ Viện Kỹ thuật Nhiệt Đới - Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công nghệ Việt Nam. Em xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Viện Kỹ thuật nhiệt đới đã tiếp nhận, cho phép em được thực hiện đề tài tại Viện. Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Tô Thị Xuân Hằng đã tin tưởng giao đề tài nghiên cứu và tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành bản khóa luận này. Em xin cảm ơn các thầy cô giáo khoa Hóa học trường Đại học Sư Phạm Hà Nội 2 đã trang bị cho em hệ thống kiến thức khoa học và tạo điều kiện cho em tiếp cận với các đề tài khoa học. Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn các cô chú, các anh chị phòng Nghiên cứu Sơn bảo vệ - Viện Kỹ thuật Nhiệt Đới đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong suốt thời gian em làm nghiên cứu khóa luận. Em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã quan tâm và giúp đỡ em hoàn thành bản khóa luận này. Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, tháng 05 năm 2018 Sinh viên Trương Thị Thúy Hằng
  4. LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của em, có sự hỗ trợ từ giáo viên hướng dẫn là PGS. TS. Tô Thị Xuân Hằng. Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nghiên cứu nào trước đây. Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng, cũng như kết quả khóa luận của mình. Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Sinh viên Trương Thị Thúy Hằng
  5. MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................... LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................ MỤC LỤC ........................................................................................................... DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ...................................... DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ............................................................ MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ....................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu ................................................................................. 1 3. Nhiệm vụ nghiên cứu ................................................................................ 1 4. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................... 2 5. Phương pháp nghiên cứu........................................................................... 2 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn................................................................... 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................ 3 1.1. ĂN MÒN KIM LOẠI VÀ BẢO VỆ KIM LOẠI............................... 3 1.1.1. Ăn mòn kim loại.............................................................................. 3 1.1.1.1. Khái niệm ................................................................................. 3 1.1.1.2. Phân loại ăn mòn kim loại........................................................ 3 1.1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự ăn mòn ........................................ 5 1.1.2. Các phương pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại ........................... 6 1.2. HYDROTANXIT (HT) ........................................................................ 7 1.2.1. Khái niệm ........................................................................................ 7 1.2.2. Đặc điểm cấu trúc và tính chất ........................................................ 8 1.2.2.1. Đặc điểm cấu trúc .................................................................... 8 1.2.2.2. Tính chất................................................................................... 9 1.2.3. Các phương pháp tổng hợp hydrotanxit ........................................ 10 1.2.4. Ứng dụng của hydrotanxit............................................................. 11 1.3. GRAPHEN .......................................................................................... 11 1.3.1. Giới thiệu chung về graphen ......................................................... 11 1.3.2. Một số tính chất của graphen ........................................................ 13 1.3.2.1. Graphen là vật liệu mỏng nhất trong tất cả các vật liệu ......... 13
  6. 1.3.2.2. Độ bền cơ học của graphen .................................................... 14 1.3.2.3. Độ cứng của graphen ............................................................. 14 1.3.2.4. Độ mềm dẻo của graphen....................................................... 14 1.3.3.Ứng dụng của graphen ................................................................... 15 1.4. GRAPHEN OXIT............................................................................... 15 1.4.1. Giới thiệu chung về graphen oxit (GO) ........................................ 15 1.4.2. Cấu trúc graphen oxit .................................................................... 16 1.4.3. Hoạt động của các nhóm chức trong graphen và graphen oxit ..... 17 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..... 18 2.1. THỰC NGHIỆM ................................................................................ 18 2.1.1. Dụng cụ và hóa chất ...................................................................... 18 2.1.2. Tổng hợp hydrotanxit/graphen oxit chứa BTSA (HT- GO/BTSA) .............................................................................................. 18 2.1.3. Xác định hàm lượng ức chế ăn mòn trong HT-GO/BTSA ........... 19 2.1.4. Khả năng nhả ức chế ăn mòn trong môi trường xâm thực ........... 19 2.1.5. Xác định hàm lượng kẽm trong môi trường etanol/nước (20/80) và môi trường nước cất .............................................................. 19 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................... 19 2.2.1. Phương pháp phổ hồng ngoại ....................................................... 19 2.2.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD).............................................. 20 2.2.3. Phương pháp phổ tử ngoại khả kiến ............................................. 21 2.2.4. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) ...................... 22 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................. 24 3.1. TỔNG HỢP HYDROTANXIT/GRAPHEN OXIT MANG ỨC CHẾ ĂN MÒN........................................................................................... 24 3.1.1. Phổ hồng ngoại.............................................................................. 24 3.1.2. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) ............................................................. 25 3.2. XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG BTSA TRONG HT-GO/BTSA ......... 26 3.3. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG NHẢ ỨC CHẾ CỦA HT- GO/BTSA ................................................................................................... 27 3.3.1. Ảnh hưởng của dung môi etanol/nước và nước đến khả năng nhả ức chế ăn mòn ................................................................................... 27
  7. 3.3.2. Ảnh hưởng của dung môi của dung dịch NaCl 0,5M đến khả năng nhả ức chế ăn mòn .......................................................................... 30 3.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ NaCl tới khả năng nhả BTSA từ HTGO/BTSA .......................................................................................... 31 KẾT LUẬN ..................................................................................................... 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 35
  8. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT AAS Quang phổ hấp thụ nguyên tử BTSA 2-benzothiazolylthio-succinic acid CVD Phương pháp lắng đọng hơi hóa học HT Hydrotanxit Hydrotanxit/graphen oxit mang ức chế ăn mòn HT-GO/BTSA 2-benzothiazolylthio-succinic acid Hydrotanxit mang ức chế ăn mòn 2- HT-BTSA benzothiazolylthio-succinic acid GO Graphen oxit IR Phổ hồng ngoại UV-Vis Phổ tử ngoại khả kiến XRD Nhiễu xạ tia X
  9. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Các pig đặc trưng và liên kết tương ứng ........................................ 24 Bảng 3.2: Cường độ hấp thụ của các dung dịch ............................................. 26 Bảng 3.3: Cường độ hấp thụ HT-GO/BTSA xác định từ phổ UV-Vis, sự nhả ức chế ở môi trường etanol/nước (20/80) và nước tại các thời gian ngâm khác nhau ......................................................... 28 Bảng 3.4: Phân tích hàm lượng Zn của HT-GO/BTSA trong dung môi etanol/nước (20/80) và nước sau 72 giờ ngâm ............................... 29 Bảng 3.5: Cường độ hấp thụ HT-GO/BTSA xác định từ phổ UV-Vis, sự nhả ức chế trong dung dịch NaCl 0,5M pha trong etanol/nước (20/80) và trong nước tại các thời gian ngâm khác nhau ........................................................................................ 30 Bảng 3.6: Cường độ hấp thụ HT-GO/BTSA xác định từ phổ UV-Vis, sự nhả ức chế trong môi trường dung dịch NaCl ở nồng độ khác nhau (0M, 0,1M, 0,5M) pha trong etanol/nước (20/80) tại các thời gian ngâm khác nhau .................................................... 32
  10. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Mô hình cấu trúc dạng vật liệu hydrotanxit ...................................... 7 Hình 1.2: Cấu trúc của HT – [CO3]2-................................................................ 8 Hình 1.3: Than chì là tập hợp của các mặt phẳng graphen hình lục giác ....... 12 Hình 1.4: Ba dạng thù hình của cacbon là fulleren, ống nano cacbon và than chì (lần lượt từ trái qua phải) được hình thành từ các tấm graphen ............................................................................................ 12 Hình 1.5: Cấu trúc graphen ............................................................................. 13 Hình 1.6: Một số lĩnh vực ứng dụng của graphen .......................................... 15 Hình 1.7: Cấu trúc đề xuất của GO bởi các nhà nghiên cứu khác nhau ......... 16 Hình 2.1: Mối quan hệ giữa cường độ vạch phổ Aλ và nồng độ chất Cx ...... 23 Hình 3.1: Phổ hồng ngoại của GO, HT-BTSA và HT-GO/BTSA ................. 24 Hình 3.2: Phổ nhiễu xạ tia X của GO (a), HT-BTSA (b) và HT- GO/BTSA (c) .................................................................................. 25 Hình 3.3: Đường chuẩn biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ và cường độ hấp thụ của dung dịch ................................................................ 26 Hình 3.4: Phổ UV-Vis của dung dịch pha loãng 10 lần của mẫu HT- GO/BTSA sau khi phản ứng với HNO3 1M ................................... 27 Hình 3.5: Sự giải phóng BTSA từ HT-GO/BTSA trong dung môi etanol/nước (20/80) và nước theo thời gian.................................... 29 Hình 3.6: Sự giải phóng BTSA từ HT-GO/BTSA vào môi trường xâm thực NaCl 0,5M trong dung môi etanol/nước (20/80) và trong nước cất theo thời gian ngâm .......................................................... 31 Hình 3.7: Sự giải phóng BTSA từ HT-GO/BTSA vào các dung dịch NaCl ở các nồng độ khác nhau: 0M, 0,1M, 0,5M theo thời gian ngâm ........................................................................................ 33
  11. Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Kim loại có vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân của các nước, là vật liệu không thể thiếu và được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống. Nhưng ở Việt Nam, do tác động của môi trường khí hậu nóng ẩm, mưa nhiều cùng với sự biến đổi khí hậu toàn cầu hiện nay, kim loại bị xâm thực, bị ăn mòn mạnh mẽ, làm cho tuổi thọ công trình xuống cấp. Sự ăn mòn kim loại gây ra các hậu quả nghiêm trọng như biến đổi tính chất các kim loại, ảnh hưởng tới các công trình kiến trúc, ảnh hưởng tới quá trình sản xuất, gây thiệt hại về kinh tế, mất an toàn lao động, gây ô nhiễm môi trường. Lượng kim loại loại bỏ, không còn sử dụng được nữa khoảng 10%. Do vậy việc chống ăn mòn kim loại là một vấn đề cần thiết và mang ý nghĩa rất lớn. Lớp phủ hữu cơ được sử dụng rộng rãi trong chống ăn mòn các công trình kim loại. Cromat là pigment, được sử dụng làm chất ức chế trong màng sơn có hiệu quả cao và độ bám dính cao với bề mặt kim loại [11]. Tuy nhiên hợp chất này rất độc hại và gây ung thư. Do đó có rất nhiều công trình nghiên cứu các chất ức chế ăn mòn không gây độc hại, không gây ô nhiễm môi trường nhằm thay thế cho hợp chất cromat được các nhà khoa học quan tâm. Gần đây có rất nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng của hydrotanxit, graphen oxit trong lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn kim loại. Với mục đích chế tạo chất ức chế ăn mòn không độc hại, thân thiện với môi trường có thể ứng dụng trong lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn kim loại vì vậy nên em đã chọn đề tài: “Tổng hợp và đặc trưng tính chất của hybrid hydrotanxit/graphen oxit mang ức chế ăn mòn hữu cơ” nhằm thay thế các hợp chất cromat độc hại. 2. Mục đích nghiên cứu Đề tài gồm 2 mục đích chính: - Tổng hợp được hybrid hydrotanxit/graphen oxit (HT-GO) mang ức chế ăn mòn hữu cơ 2-benzothiazolythio-succinic acid (BTSA). - Xác định khả năng giải phóng ức chế ăn mòn của HT-GO/BTSA. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu Vì những mục đích cấp thiết đề tài đã nêu, nhiệm vụ đặt ra của đề tài là: 1
  12. Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 - Tổng hợp hybrid hydrotanxit/graphen oxit (HT-GO) mang ức chế ăn mòn hữu cơ 2-benzothiazolythio-succinic acid (BTSA). - Phân tích cấu trúc của HT-GO/BTSA. - Đánh giá khả năng nhả BTSA của HT-GO/BTSA. 4. Đối tượng nghiên cứu Đề tài nghiên cứu chế tạo tổng hợp hybrid HT-GO/BTSA, phân tích cấu trúc của hybrid HT-GO/BTSA và khả năng nhả BTSA của hybrid HT- GO/BTSA. 5. Phương pháp nghiên cứu Trong khóa luận này em sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau: - Tổng hợp HT-GO/BTSA bằng phương pháp đồng kết tủa. - Phân tích cấu trúc HT-GO/BTSA bằng phổ hồng ngoại, XRD. - Khả năng nhả BTSA của HT-GO/BTSA trong dung dịch NaCl được đo bằng phổ UV-Vis, xác định hàm lượng Zn của dung dịch sau khi ngâm bằng phương pháp AAS. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Kết quả nghiên cứu của khóa luận góp phần làm cơ sở khoa học để tạo ra chất ức chế ăn mòn kim loại không độc hại để thay thế cho các hợp chất cromat, ứng dụng để tạo ra loại sơn thân thiện với môi trường. 2
  13. Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. ĂN MÒN KIM LOẠI VÀ BẢO VỆ KIM LOẠI [1,2] 1.1.1. Ăn mòn kim loại 1.1.1.1. Khái niệm Ăn mòn kim loại là sự phá huỷ bề mặt của kim loại do tương tác hoá học hoặc tương tác điện hoá của các kim loại với môi trường xung quanh (như khí quyển, chất điện ly…). Kim loại trong môi trường ăn mòn sẽ chuyển thành các ion: M Mn+ + n e Trong đó: M là kim loại, n là số e trong nguyên tử kim loại bị mất đi khi bị oxi hóa tạo thành ion kim loại Mn+. Ion kim loại sau đó có thể tồn tại ở dạng tự do trong dung dịch hoặc có thể bị kết tủa dưới dạng hydroxit hay oxit tùy theo điều kiện môi trường. 1.1.1.2. Phân loại ăn mòn kim loại Bản chất và thành phần kim loại, bề dày kim loại, thành phần môi trường xâm thực, công nghệ vật liệu…là những nguyên nhân ảnh hưởng tới quá trình ăn mòn kim loại. Tùy vào cơ chế phá hủy bề mặt của kim loại mà người ta phân loại ăn mòn kim loại thành: ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa. Ăn mòn hoá học là sự ăn mòn xảy ra do một phản ứng hoá học giữa vật liệu kim loại và môi trường xung quanh 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 là dạng ăn mòn 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 ở cùng một giai đoạn mà là xảy ra ở nhiều giai đoạn và ở nhiều vùng khác nhau của kim loại. - Ăn mòn điện hóa tuân theo quy luật của động học điện hóa và định luật Faraday. Điển hình như là sự ăn mòn galvanic là dạng các hợp kim tạo bởi nhiều nguyên tố kim loại có điện thế điện cực khác nhau khi ở trong các dung dịch điện li đã tạo thành các pin ăn mòn. - Sự phá hủy bề mặt kim loại theo cơ chế ăn mòn điện hóa rất phổ biến và đa dạng trong tự nhiên. Thực tế một lượng lớn kim loại bị ăn mòn theo cơ chế điện hóa. 3
  14. Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 - Quá trình ăn mòn điện hóa của kim loại gồm có ba quá trình là quá trình anôt, quá trình catôt và quá trình dẫn điện. + Quá trình anôt (xảy ra ở cực dương) là quá trình oxi hóa, trong đó ion kim loại (chất khử - red) chuyển vào dung dịch và giải phóng điện tử: Me → Men+ +ne hay viết tổng quát là Red1→ Ox1+ne + Quá trình catôt (xảy ra ở cực âm) là quá trình khử, trong đó các chất oxi hóa (Ox - thường là H+ hoặc là O2) nhận điện tử do kim loại bị ăn mòn giải phóng ra: Ox2 + ne → Red2  Nếu chất oxi hóa là H+ thì quá trình catôt xảy ra như sau: H+ + 1e → Hhp Hhp + Hhp→ H2 Trong đó, Hhp là hydro hấp phụ. Trường hợp này được gọi là sự ăn mòn với chất khử phân cực hydro.  Nếu chất oxi hóa là O2 thì quá trình tại catot xảy ra như sau:  Nếu là môi trường axit, quá trình catôt là: O2 + 4H+ + 4e → 2H2O  Nếu là môi trường trung tính hoặc bazơ, quá trình catôt là: O2 + 2H2O + 4e → 4OH- + Quá trình dẫn điện, các điện tử do kim loại ăn mòn giải phóng ra sẽ di chuyển từ anôt tới catôt, còn các ion dịch chuyển trong dung dịch. Như vậy trong quá trình ăn mòn điện hóa, khi kim loại bị ăn mòn sẽ hình thành vùng catôt và vùng anôt. Ngoài ra còn phân loại ăn mòn kim loại theo sự phá huỷ bề mặt kim loại. Được chia thành hai loại là sự ăn mòn xảy ra trên toàn bề mặt kim loại (ăn mòn liền khối) hay từng khu vực bề mặt kim loại (ăn mòn cục bộ). Những hậu quả do ăn mòn kim loại gây ra rất nghiêm trọng, làm hao tổn kim loại và tổn hại nền nền kinh tế. Quá trình ăn mòn làm một lượng lớn các sản phẩm kim loại biến đổi thành các sản phẩm ăn mòn, làm cho tính chất của các kim loại biến đổi. Sự ăn mòn làm cho một số tính chất quan trọng của kim loại 4
  15. Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã bị biến đổi như tính ổn định cơ học, độ mềm dẻo, tính chất vật lý, tính chất hoá học như tính cứng, tính phản xạ, tính dẫn điện và dẫn nhiệt… Vì vậy để đánh giá những thiệt hại do ăn mòn gây ra ta phải khảo sát các hậu quả do ăn mòn gây ra bao gồm hao tổn trực tiếp và hao tổn gián tiếp. - Những hao tổn trực tiếp bao gồm giá cả 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 sử dụng sơn hoặc sử dụng các chất ức chế ăn mòn kim loại. - Những hao tổn gián tiếp gây ra những hậu quả nghiêm trọng như sự hư hại thiết bị, mất mát sản phẩm, hiệu suất giảm, sự lẫn các tạp chất trong các sản phẩm thực phẩm ... Vậy nên việc chống ăn mòn kim loại là một vấn đề rất cần thiết, nhất là về kinh tế cũng như công nghệ chống ăn mòn kim loại. 1.1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự ăn mòn Các yếu tố ảnh hưởng tới sự ăn mòn kim loại gồm: - Bản chất kim loại + Tính chống ăn mòn kim loại liên quan đến điện thế tiêu chuẩn, hoạt độ hóa học của kim loại. Khi điện thế tiêu chuẩn càng âm thì hoạt độ hóa học của kim loại càng cao, càng dễ làm cho kim loại bị ăn mòn. Nhưng cũng có những kim loại (như crom, niken) có điện thế chuẩn âm, hoạt độ hóa học cao, tính bền với ăn mòn kim loại tốt. Đó là do bề mặt kim loại đó hình thành lớp màng oxit kín, mỏng, bảo vệ kim loại khỏi sự ăn mòn. Hiện tượng trên được gọi là sự thụ động hóa kim loại. + Tính chống gỉ của kim loại liên quan tới hàm lượng tạp chất và độ bóng của kim loại. Kim loại càng nhiều tạp chất thì tính chống gỉ càng kém, và độ bóng kim loại càng cao tính chống gỉ càng càng tốt. - Nhiệt độ ảnh hưởng tới sự ăn mòn của kim loại. Nếu nhiệt độ càng cao, hoạt độ hóa học của kim loại và dung dịch tăng, làm cho sự ăn mòn hóa học càng tăng. - Môi trường ăn mòn có liên quan trực tiếp với tính chống gỉ của kim loại. Ở các môi trường khác nhau, tính ổn định của kim loại cũng khác nhau. 5
  16. Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 1.1.2. Các phương pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại [2] Việc chống ăn mòn kim loại phải được thực hiện đồng thời với việc sử dụng kim loại, dựa trên các nguyên nhân và cơ chế của quá trình ăn mòn kim loại người ta chia làm ba phương pháp bảo vệ chính gồm. - Thay đổi tính chất của môi trường xâm thực: Bằng cách loại bỏ các chất xâm thực hoặc đưa vào các chất làm giảm tính xâm thực của môi trường. Ví dụ, oxi hòa tan trong dung dịch là nguyên nhân ăn mòn kim loại thì người ta có thể bảo vệ kim loại bằng cách đuổi oxi vào không khí hay đưa vào các chất hấp phụ đặc biệt như hydrazon hydrat, natri sunfit… Để giảm tính xâm thực của các dung dịch axit, muối, bazơ người ta thêm vào dung dịch các chất ức chế ăn mòn. Để bảo vệ chi tiết máy, chống sự ăn mòn của khí quyển thì dùng các chất ức chế bay hơi. - Thay đổi tính chất của kim loại: Thay đổi các tính chất của kim loại bằng cách đưa vào các kim loại bền hơn đối với ăn mòn trong các dung dịch ở các điều kiện. Việc chế tạo hợp kim các kim loại là một phương pháp có hiệu quả để tạo thành một loại thép mới, một loại hợp kim mới. Độ bền của vật liệu được nâng cao bằng cách biến đổi thành phần (thêm các nguyên tố vào trong hợp kim) hoặc tác động lên sự phân bố pha hoặc giảm nguy cơ nứt gãy, giòn hoá do hydro. Thay đổi tính chất của kim loại dựa trên sự hiểu biết về quá trình ăn mòn điện hóa hòa tan anôt các kim loại bằng các phương pháp bảo vệ điện hóa như: bảo vệ catôt, bảo vệ anôt, bảo vệ bằng protecto, bảo vệ điện dẫn lưu. Phương pháp dịch chuyển điện thế của kim loại có thể làm giảm tốc độ hoặc ngừng sự hòa tan kim loại. Chiều dịch chuyển điện thế phụ thuộc vào tính chất bảo vệ catôt hoặc anôt. Bảo vệ catôt có thể thực hiện được bằng anôt hy sinh hoặc bằng dòng ngoài. Bảo vệ bằng anot hy sinh là kim loại cần bảo vệ được nối điện với một điện cực có thế đủ thấp để phản ứng cục bộ ở anôt không thể xảy ra. Bảo vệ bằng dòng ngoài là sử dụng một dòng điện áp vào pin tạo thành bởi kim loại cần bảo vệ, dòng điện có thể đóng vai trò catôt và một anôt trơ. Mật độ dòng điện áp vào phải đảm bảo để phản ứng cục bộ ở anôt không xảy ra. - Tách kim loại khỏi môi trường xâm thực: 6
  17. Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Là phương pháp bảo vệ kim loại được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Bằng cách phủ một lớp bám dính tốt, không thấm nước 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 để ngăn cách kim loại khỏi môi trường xâm thực. 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 và lớp phủ hữu cơ. Bản chất của lớp phủ bảo vệ là cô lập các kim loại với môi trường xâm thực. Sự có mặt của lớp phủ trên bề mặt kim loại đã kìm hãm sự ăn mòn kim loại. 1.2. HYDROTANXIT (HT) [11-14] 1.2.1. Khái niệm Hydrotanxit (HT) là hỗn hợp hydroxit của kim loại hóa trị II và kim loại hóa trị III, tạo thành các lớp bát diện mang điện tích dương. Để cấu trúc trung hòa về điện tích các anion bị hydrat hóa đan xen vào khoảng trống giữa hai lớp bát diện. Công thức tổng quát của hydrotanxit có dạng: MII(1-x)MIIIx(OH)2Ax/nn+.mH2O Trong đó: MII: Kim loại hóa trị II như Mg, Ni, Zn, Ca.... MIII: Kim loại hóa trị III như Al, Fe, Cr, Co.... Giá trị x từ 0,2 đến 0,33 với x=MIII/(MII + MIII). Lớp anion xen kẽ: [Ax/n.mH2O]x- Lớp hydroxit: [MII1-xMIIIx(OH)2]x+ Hình 1.1: Mô hình cấu trúc dạng vật liệu hydrotanxit 7
  18. Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Để có sự trung hòa điện tích trong cấu trúc, các anion A có điện tích m- bị hydrat hóa được xác định ở lớp trung gian. A là các anion vô cơ hoặc hữu cơ như: Anion halogen: F-, Cl-, Br-, … Oxo anion: NO3-, SO42-, CO32-,… 1.2.2. Đặc điểm cấu trúc và tính chất 1.2.2.1. Đặc điểm cấu trúc Hydrotanxit (HT) có cấu trúc tinh thể giống brucite, Mg(OH)2. Trong đó, kim loại hóa trị II phối trí bát diện với ion hydroxit xung quanh, hình thành các lớp. Trong cấu trúc này, nguyên tử kim loại hóa trị II (MII) có thể được thay thế bằng những nguyên tử kim loại hóa trị III (MIII) và tỉ lệ nguyên tử MII : MIII có thể thay đổi. Sự thay thế MIII cho MII hình thành những lớp điện tích dương trên lớp hydroxit kim loại, do kim loại hóa trị III phối trí bát diện với những nhóm hydroxyl. Hình 1.2: Cấu trúc của HT – [CO3]2- Lớp điện tích dương của hydrotanxit được cân bằng bởi anion lớp trung gian. Vì vậy, hydrotanxit có khả năng trao đổi anion với lớp trung gian. Ngoài những anion, các phân tử nước cũng được định vị ở lớp trung gian giữa những lớp hydroxit kim loại. Tương tác giữa lớp hydroxit kim loại với các anion ở lớp trung gian là tương tác tĩnh điện và liên kết hiđro giữa các phân tử nước làm cho cấu trúc của 8
  19. Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 hydrotanxit bền vững. Liên kết cộng hóa trị lớn, xuất hiện giữ các lớp hydroxit tạo nên mạng polime hydroxit. Nếu anion có điện tích âm lớn (như là [V10O28]6-) sẽ làm cho hợp chất HT bền hơn so với các anion hóa trị I (như là Cl-, [NO3 ]- ). Hydrotanxit phân hủy hoàn toàn khi ở nhiệt độ cao tạo thành hỗn hợp oxit bazơ. Khi nhiệt độ tăng, nước ở lớp trung gian bị mất, sau đó tách hydroxit và lớp trung gian cacbonat phân hủy thành CO2. Từ việc loại bỏ CO2 và H2O trong cấu trúc hydrotanxit cuối cùng cho hỗn hợp oxit. 1.2.2.2. Tính chất Vùng không gian giữa các lớp hydroxit gồm các anion và các phân tử nước sắp xếp một cách hỗn độn tạo thành những tính chất riêng của các hydrotanxit. Đó là tính chất trao đổi anion. Đây là một trong những tính chất quan trọng của lớp kép hydroxit, cấu trúc này có thể trao đổi với một lượng lớn anion bên trong bằng những anion khác ở những trạng thái khác nhau. Phản ứng trao đổi anion xảy ra do sự thay đổi giá trị khoảng cách lớp trung gian giữa hai lớp hydroxit liền kề. Sự thay đổi này có mối liên hệ với hình dạng và mật độ điện tích của các anion tương ứng. Hydrotanxit có khả năng phân tán anion rất lớn và là một trong những loại chất chủ yếu dùng để trao đổi anion do có cấu trúc lớp và các anion đan xen vào chỗ trống. Phản ứng trao đổi anion thường ở dạng cân bằng sau: [MII. MIII.X ] + Y= [MII. MIII.Y ] +X Sự trao đổi anion trong hydrotanxit phụ thuộc vào tương tác tĩnh điện giữa các lớp hydroxit tích điện dương với các anion đang trao đổi và mức năng lượng tự do thấp nhất của sự hydrat hóa. Hằng số cân bằng tăng khi bán kính anion giảm dần. Sự trao đổi dễ dàng hơn đối với các anion có mật độ điện tích cao. Từ tính toán về hằng số cân bằng Miyata (1983), ông đã đưa ra dãy anion hóa trị: OH-> F-> Cl-> Br-> NO3- và CO32-> SO42-> MnO42-. Sự trao đổi anion xảy ra hoàn toàn khi dung dịch huyền phù của hydrotanxit được khuấy liên tục với lượng dư anion cần trao đổi. pH của quá trình trao đổi hoặc điều kiện lọc rửa và sấy khô ảnh hưởng đến quá trình trao đổi anion. pH luôn nằm trong vùng tồn tại bền của lớp hydroxit và các anion bù trừ điện tích. 9
  20. Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 1.2.3. Các phương pháp tổng hợp hydrotanxit [3,4] - Phương pháp muối- oxit Phản ứng chung của phương pháp này là: MIIO + xMIIIXm-3/m + (n+1)H2O → MII1-xMIIIx(OH)2Xmx/m.nH2O + xMIIXm2/m Năm 1997, phương pháp được sử dụng lần đầu tiên bởi Boelm, Steinle và Vieweger dùng để điều chế [Zn-Cr-Cl] được thực hiện bằng cách cho huyền phù của ZnO vào lượng dư dung dịch CrCl3 trong vài ngày ở nhiệt độ phòng. Thành phần hóa học của chất thu được có công thức là ZnCr(OH)6Cl.12H2O, đặc trưng cho hợp chất hydrotanxit. Năm 1981, Lai và Howe cũng điều chế ra loại vật liệu tương tự bằng cách cho CrCl3 và ZnO ở dạng bùn lỏng sệt và khuấy trộn trong 10 giờ. Thu được 0,33[Zn-Cr-Cl] có trật tự kém. Đến năm 1985, De Roy, Besse và Bendot ứng dụng phương pháp trên để điều chế các hợp chất khác nhau từ các kim loại hóa trị II, hóa trị III và các anion, đặc biệt là [Zn-Cr-Cl], [Zn-Cr-NO3 ], [Zn-Al-Cl]... - Phương pháp xây dựng lại cấu trúc Năm 1983, Miyata điều chế Mg1-3x/2AlxO bằng cách nung HT [Mg-Al- CO3] ở nhiệt độ từ 500 - 800oC. Sau đó hỗn hợp được hydrat hóa trong dung dịch nước chứa anion khác để tạo ra một hydrotanxit mới. Phương pháp xây dựng lại cấu trúc dựa trên sự nung hydrotanxit ban đầu ở nhiệt độ cao. Sau đó hỗn hợp được hydrat hóa với một anion khác để tạo ra một hydrotanxit mới. Ngoài ra, một số HT cũng được tạo thành từ phương pháp trao đổi ion. - Phương pháp đồng kết tủa Là phương pháp tổng hợp được sử dụng phổ biến nhất để điều chế hydrotanxit. Phương pháp đồng kết tủa là phương pháp tổng hợp HT bằng hai hay nhiều cation kim loại hóa trị II và III. Bằng cách cho hỗn hợp muối của kim loại trên vào muối của kim loại kiềm có tính bazơ, hỗn hợp dung dịch được giữ cố định trong khoảng pH nhất định. Các chất phải được khuấy trộn với tốc độ không đổi trong suốt quá trình phản ứng xảy ra. Phương pháp này còn được gọi là “phương pháp muối - bazơ” và tối thiểu phải có 2 hydroxit kim loại cùng kết tủa đồng thời. 10
nguon tai.lieu . vn
Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học Công nghệ thông tin Kinh tế - Thương mại Tài chính - Ngân hàng Kiến trúc - Xây dựng Điện-Điện tử-Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Công nghệ - Môi trường Báo cáo khoa học Quản trị kinh doanh Khoa học xã hội Khoa học tự nhiên Nông - Lâm - Ngư Y khoa - Dược