BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI





BÙI THỊ THANH HUYỀN




NGHIÊN CỨU CHẤT ỨC CHẾ XANH CHIẾT XUẤT TỪ
VỎ QUẢ HỌ CAM ĐỂ CHỐNG ĂN MÒN CHO THÉP
TRONG MÔI TRƯỜNG AXIT




Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học
Mã số: 62520301





TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HOÁ HỌC

Hà Nội - 2015



Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội






Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS. Hoàng Thị Bích Thủy
2. PGS. TS. Lê Thị Hồng Liên



Phn bin 1: PGS. TS. Đinh Thị Mai Thanh


Phn bin 2: PGS. TS. Nguyễn Xuân Hoàn



Phn bin 3: PGS. TS. Phạm Đức Roãn






Luận án sẽ được bo v trước Hội đồng chm luận án Tiến sĩ cp
Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.

Vào hồi: giờ ngày tháng năm




Có th tìm hiu luận án tại thư vin:
1. Thư vin Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội.
2. Thư vin Quốc gia Vit Nam

1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài:
Dung dịch axit được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như tẩy gỉ
dùng axit, tẩy cặn, hóa chất làm sạch, chế biến và sản xuất quặng, axit hóa giếng dầu,…
[115]. Thép cacbon là một trong những vật liệu quan trọng nhất được sử dụng rộng rãi
trong nhiều ngành công nghiệp bởi giá thành không cao và dễ chế tạo. Tuy nhiên, trong
quá trình sử dụng, thép cacbon dễ bị ăn mòn do tương tác của nó với các dung dịch
nước, đặc biệt là các dung dịch axit có nồng độ cao và ở nhiệt độ cao. Đối với dung
dịch axit, sử dụng các chất ức chế ăn mòn là một trong những phương pháp hiệu quả

nhất để bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn, có thể kéo dài tuổi thọ của các công trình từ 2
đến 5 lần. Việc sử dụng chất ức chế ăn mòn không chỉ ngăn chặn sự hòa tan kim loại
mà còn làm giảm sự tiêu hao axit nên có tính kinh tế cao [16, 19].
Các hợp chất crômát, nitrít, các hợp chất hữu cơ có chứa vòng thơm và các
nguyên tố dị vòng, là những chất ức chế truyền thống hiệu quả đối với nhiều kim
loại và hợp kim trong các môi trường ăn mòn. Tuy nhiên, phạm vi áp dụng của các
hợp chất này ngày càng bị thu hẹp dần, có những chất đã bị cấm sử dụng do tính độc
hại có thể gây ưng thư và làm ô nhiễm môi trường của chúng [25]. Hiện nay, các
nghiên cứu trên thế giới cũng như ở Việt nam đang hướng đến các chất ức chế xanh,
chất ức chế có nguồn gốc thiên nhiên, thân thiện với môi trường có thể thay thế các
hợp chất tổng hợp độc hại [20, 64, 103]. Một số nghiên cứu đã khảo sát các dịch
chiết từ sản phẩm phụ, các chất thải nông nghiệp để làm các chất ức chế ăn mòn cho
thép cacbon trong môi trường axit như: dịch chiết vỏ chuối [44], dịch chiết vỏ trái
cây (cam, xoài, chanh và hạt điều) [59, 92], bã cà phê [58], vỏ và hạt từ quả đu đủ,
vỏ tỏi [58, 107] và vỏ khoai tây [111]. Kết quả cho thấy, thành phần các hợp chất
hữu cơ có mặt trong dịch chiết của các sản phẩm phụ này có khả năng ức chế ăn mòn
cho kim loại trong môi trường axit.
Ở nước ta, trồng cây ăn quả, đặc biệt là quả có múi (quả citrus) như cam, bưởi,
chanh, quýt (họ Rutaceae) là một ngành sản xuất quan trọng của nền nông nghiệp.
Sản lượng quả có múi không ngừng tăng lên qua các năm. Tuy nhiên, hiện nay quả
citrus chủ yếu được sử dụng để ăn tươi hoặc sản xuất đồ uống, chỉ một lượng nhỏ
vỏ quả citrus được sử dụng để tách chiết tinh dầu, còn phần lớn vỏ của chúng đã trở
thành phế thải. Trong khi đó, vỏ quả citrus có chứa nhiều các hợp chất có ý nghĩa
lớn trong chế biến thực phẩm (như làm hương liệu sản xuất đồ uống); dùng trong
công nghiệp hóa chất (làm dung môi cho sơn công nghiệp, dung môi làm sạch trong
ngành công nghiệp điện tử, chất tẩy rửa) hay dùng để làm thuốc trong y học và đặc
biệt còn ứng dụng để sản xuất nhiên liệu [11]. Ngoài ra, theo nghiên cứu của một số
nhóm tác giả và khảo sát ban đầu của nhóm chúng tôi thì tinh dầu từ vỏ quả cam còn
có tác dụng ức chế ăn mòn thép trong môi trường axit [40, 59].
Chính vì vậy, việc nghiên cứu sử dụng các dịch chiết từ vỏ quả citrus làm chất

ức chế ăn mòn kim loại là một hướng đi phù hợp với xu thế bảo vệ môi trường và
phát triển bền vững không chỉ ở nước ta mà còn cả trên thế giới. Luận án “Nghiên
cứu chất ức chế xanh chiết xuất từ vỏ quả họ cam để chống ăn mòn cho thép

2

trong môi trường axit” được thực hiện với mục tiêu khảo sát, đánh giá khả năng ức
chế ăn mòn, nghiên cứu cơ chế ức chế ăn mòn đối với thép trong môi trường axit bởi
các tinh dầu vỏ quả họ cam Việt Nam.
2. Nội dung nghiên cứu của luận án
- Nghiên cứu khảo sát khả năng ức chế của các dịch chiết từ vỏ quả họ cam Việt
Nam đối với quá trình ăn mòn thép trong môi trường axit HCl 1N.
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ăn mòn thép trong axit HCl 1N
khi có tinh dầu cam Việt Nam (TDC).
- Tính toán các thông số nhiệt động học, hấp phụ và đề xuất cơ chế ức chế của
TDC đối với quá trình ăn mòn thép trong môi trường axit HCl 1N.
- Khảo sát hiệu quả ức chế của TDC khi thay đổi gốc axit và so sánh với chất ức
chế truyền thống urotropin.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án:
Luận án đã khảo sát một cách hệ thống khả năng ức chế ăn mòn của các tinh dầu
vỏ quả họ cam Việt Nam đối với quá trình ăn mòn thép trong môi trường axit. Ảnh
hưởng của các thông số như nồng độ chất ức chế tinh dầu cam, thời gian, nhiệt độ,
nồng độ axit đến hiệu quả bảo vệ thép đã được nghiên cứu. Ngoài ra, luận án còn
tính toán các thông số nhiệt động học, hấp phụ và đề xuất cơ chế ức chế của TDC
đối với quá trình ăn mòn thép trong môi trường axit. Tinh dầu cam Việt Nam có khả
năng ức chế ăn mòn tốt cho thép trong môi trường axit HCl, tương đương so với chất
ức chế truyền thống urotropin. Các kết quả nghiên cứu của luận án là các số liệu
mới, có giá trị về mặt lý luận cũng như thực tiễn. Luận án đóng góp kiến thức vào
cơ sở dữ liệu khoa học trong lĩnh vực nghiên cứu sử dụng các chất ức chế ăn mòn
thân thiện với môi trường. Tinh dầu cam với khả năng tự phân hủy sinh học, thân

thiện với môi trường, là nguồn nguyên liệu dễ kiếm và phổ biến ở nước ta thì đây là
cơ sở để tiến tới ứng dụng chất ức chế xanh trong bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn. Luận
án có tính thực tiễn cao bởi ứng dụng nguồn nguyên liệu có nguồn gốc thiên nhiên
làm các chất ức chế ăn mòn xanh, phù hợp với xu hướng của thế giới nói chung và
Việt nam nói riêng trong phát triển công nghiệp xanh.
4. Điểm mới của luận án:
- Lần đầu tiên các tinh dầu vỏ quả họ cam (họ Rutaceae) của Việt Nam được
nghiên cứu một cách hệ thống như các chất ức chế ăn mòn cho thép trong môi
trường axit.
- Đã tính toán các thông số nhiệt động học của quá trình ăn mòn và hấp phụ từ đó
chứng minh cơ chế ức chế ăn mòn thép bởi TDC là hấp phụ vật lý, tự diễn biến
và có sự tương tác của các thành phần trong TDC lên bề mặt kim loại. Quá trình
hấp phụ tuân theo thuyết hấp phụ Langmuir và Temkin.
- Lần đầu tiên đã đề xuất cơ chế hấp phụ các thành phần của TDC lên bề mặt thép
bằng cách: kết hợp tính toán các thông số nhiệt động để đưa ra quy luật hấp phụ,
phân tích SEM-EDX để xác định sự tồn tại màng trên bề mặt và phân tích GC-MS,
phổ FTIR đánh giá thành phần màng hấp phụ trên bề mặt kim loại.


3

5. Cấu trúc của luận án:
Luận án gồm 125 trang với các phần: Mở đầu (03 trang); Chương 1 - Tổng quan
(48 trang); Chương 2 - Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu (09 trang); Chương
3 - Kết quả và thảo luận (51 trang); Kết luận và kiến nghị (02 trang); Tài liệu tham
khảo (118 tài liệu); Danh mục các công trình đã công bố của luận án (11 công trình);
Luận án có 26 bảng, 55 hình vẽ và đồ thị.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
- Sơ lược về ăn mòn kim loại trong môi trường axit, các yếu tố chính ảnh hưởng
ăn mòn kim loại trong môi trường axit và các phương pháp bảo vệ.

- Tình hình nghiên cứu chất ức chế thiên nhiên cho kim loại trong môi trường axit.
- Tình hình nghiên cứu dịch chiết vỏ quả họ cam làm chất ức chế ăn mòn kim loại
trong môi trường axit.
- Giới thiệu về các phương pháp nghiên cứu sử dụng trong luận án.
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Chuẩn bị vật liệu và điện cực
Mẫu nghiên cứu: thép xây dựng CT38 hình trụ đường kính ϕ8 mm.
2.2. Chuẩn bị chất ức chế: Tinh dầu vỏ bưởi Năm Roi (BNR), tinh dầu vỏ cam Bố
Hạ (CBH) (tự chiết) và tinh dầu cam (TDC) (mua) với nồng độ 1-4 g/L; urotropin
nồng độ 3,5 g/L.
2.3. Dung dịch nghiên cứu: HCl 0,5-2N và H
2
SO
4
1N có các tinh dầu với các nồng
độ khác nhau .
2.4. Các phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp nghiên cứu sau đây đã được sử dụng: Potentiodynamic (đo
đường cong phân cực, Phân cực tuyến tính); Phổ tổng trở điện hóa; Đo điện thế ăn
mòn theo thời gian; Tổn hao khối lượng; Chụp ảnh SEM và phổ tán sắc năng lượng
tia X (EDX); Phổ hồng ngoại FTIR; Phân tích sắc kí khí ghép nối khối phổ GC-MS.
2.5. Điều kiện, chế độ thí nghiệm
Nhiệt độ: 15-65
o
C; Thời gian: 0-24h
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Khảo sát khả năng ức chế của các tinh dầu vỏ quả họ cam Việt Nam đối với
quá trình ăn mòn thép trong môi trường axit HCl 1N
Nghiên cứu này được thực hiện với mục đích khảo sát, đánh giá khả năng ức chế
ăn mòn của các tinh dầu vỏ quả họ cam Việt Nam đối với thép trong môi trường axit,

từ đó lựa chọn ra loại tinh dầu có khả năng ức chế tốt nhất để dùng trong các nghiên
cứu tiếp theo.
Tốc độ ăn mòn thép (W
corr
) và hiệu quả ức chế ăn mòn (H
w
) bởi BNR, CBH và
TDC trong axit HCl được tính lần lượt theo công thức (1.20) và (2.3) bằng phương
pháp tổn hao khối lượng và được đưa ra ở hình 3.1 và 3.2.

4



Hình 3.1 - Tốc độ ăn mòn thép (W
corr
)
trong axit HCl không và có BNR, CBH và
TDC với các nồng độ khác nhau
Hình 3.2 - Hiệu quả ức chế bởi BNR, CBH
và TDC với các nồng độ khác nhau
Nhìn chung, tốc độ ăn mòn thép giảm và hiệu quả ức chế tăng khi tăng nồng độ
của tất cả tinh dầu khảo sát. Tuy nhiên, mức độ giảm tốc độ ăn mòn khác nhau tùy
thuộc vào loại tinh dầu.
Tốc độ ăn mòn thép trong axit HCl 1N là 0,3098 mg/cm
2
.h. Khi dung dịch có
BNR với các nồng độ khác nhau, tốc độ ăn mòn giảm mạnh và còn 0,077 mg/cm
2
.h

ở nồng độ 2 g/L. Tốc độ ăn mòn giảm không đáng kể và hiệu quả ức chế H
w
đạt
được khoảng 80% ở nồng độ BNR từ 2 đến 4 g/L. Khi tăng nồng độ CBH từ 1 đến
4 g/L, tốc độ ăn mòn thép giảm không đáng kể so với trong axit không có ức chế.
Hiệu quả ức chế H
w
cao nhất chỉ khoảng 35-36%. Trong dung dịch axit có thêm
TDC, W
corr
cũng giảm mạnh khi nồng độ TDC tăng từ 1 đến 3 g/L, tuy nhiên khi
tăng lên 4 g/L, tốc độ ăn mòn giảm không đáng kể. Hiệu quả ức chế đạt khoảng 80%
khi dung dịch có từ 3 g/L TDC trở lên.
Các số liệu trên cho thấy CBH chỉ cho hiệu quả bảo vệ thấp, khoảng 35-36%,
trong khi đó BNR và TDC có tác dụng ức chế tốt hơn, H
w
đạt khoảng 80% trong
dung dịch chứa 2-4 g/L BNR hoặc 3-4 g/L TDC.
Qua nghiên cứu khảo sát khả năng ức chế ăn mòn của các tinh dầu vỏ quả họ
cam là BNR, CBH và TDC có thể thấy các tinh dầu khảo sát đều có tác dụng ức chế
đối với quá trình ăn mòn thép trong môi trường axit HCl 1N với mức độ ức chế khác
nhau. Điều này là do thành phần và hàm lượng tinh dầu của các sản phẩm thiên nhiên
phụ thuộc rất nhiều vào nguồn gốc cây trồng, giống, loài, vị trí trồng và thời gian thu
hái cũng như phương pháp thu nhận. TDC thể hiện khả năng ức chế tốt hơn cả trong
ba tinh dầu khảo sát. Do vậy chúng tôi đã chọn TDC cho các nghiên cứu tiếp theo
và chuẩn bị một lượng lớn TDC được chiết cùng một mẻ để đảm bảo sự đồng nhất
và ổn định trong các thí nghiệm.

3.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ăn mòn thép trong axit HCl 1N
có TDC

3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ TDC
Ảnh hưởng của nồng độ TDC đến khả năng ức chế ăn mòn thép CT38 trong axit
HCl 1N khi có TDC nồng độ đến 4 g/L được nghiên cứu thông qua sự phụ thuộc điện

5

thế ăn mòn theo thời gian, đo đường cong phân cực, phổ tổng trở điện hóa và tổn hao
khối lượng.
Hình 3.3 biểu diễn sự biến thiên điện thế ăn mòn của thép trong các dung dịch
nghiên cứu được theo dõi trong vòng 24h (1440 phút). Điện thế ăn mòn thép E
c
ở tất
cả các dung dịch đều dịch chuyển về phía dương hơn sau khoảng 5 phút và thay đổi ít.
E
c
dịch chuyển về phía dương hơn có thể do quá trình anốt bị kìm hãm hoặc quá trình
catốt trở nên dễ dàng hơn. E
c
của thép trong các dung dịch axit có TDC dương hơn
khoảng từ 20 đến 50mV so với trong axit trống. Theo một số tác giả, sự thay đổi E
c

không quá 80-85mV là dấu hiệu cho thấy chất ức chế đóng vai trò ức chế hỗn hợp [74,
118]. Sự phụ thuộc E
c
của thép theo nồng độ TDC như trên chứng tỏ TDC đã hấp phụ
ổn định theo thời gian và làm quá trình hòa tan anốt khó khăn hơn.
Đường cong phân cực của thép trong axit không và có TDC với các nồng độ
khác nhau (hình 3.4) cho thấy E
c

của thép trong dung dịch có TDC dịch chuyển về
phía dương hơn không đáng kể (dưới 20mV) so với E
c
trong axit không có ức chế.
Khi có mặt TDC, cả 2 nhánh của đường cong phân cực đều dịch chuyển về phía mật
độ dòng nhỏ hơn, chứng tỏ TDC có tác dụng ức chế hỗn hợp đối với thép trong axit
HCl 1N.


Hình 3.3 - Biến thiên điện thế ăn mòn theo
thời gian ở 25
o
C
Hình 3.4 - Đường cong phân cực của thép
trong HCl 1N có thêm TDC với các nồng độ
khác nhau
Các thông số của quá trình ăn mòn thép xác định bằng phương pháp ngoại suy
Tafel từ đường cong phân cực hình 3.4 được trình bày trên bảng 3.1.

Bảng 3.1 - Các thông số ăn mòn của thép trong HCl 1N có thêm TDC với các nồng độ
khác nhau
C
(g/L)
E
c

(mV.vs
Ag/AgCl)
i
c


(mA/cm
2
)
R
p

(Ω.cm
2
)
b
a

(mV/dec)
b
c

(mV/dec)
H
i

(%)
H
Rp

(%)
0
-429,24
125,12
133,41

73,88
80,12
-
-
1
-414,24
62,14
342,76
109,49
88,84
56,1
63,6
2
-410,73
24,28
711,89
96,21
69,77
82,8
82,5
3
-411,71
9,86
1705,05
100,01
63,16
92,1
92,2
4
-407,88

8,14
2123,25
104,74
64,19
94,2
94,1
-600
-550
-500
-450
-400
-350
-300
0 120 240 360 480 600 720 840 960 1080 1200 1320 1440
E (mV. vs Ag/AgCl)
Thời gian (phút)
0 g/l
1 g/l
2 g/l
3 g/l
4 g/l
-0.7
-0.6
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
0.0000001 0.00001 0.001 0.1
E (V. vs Ag/AgCl)
Lg i (A/cm

2
)
0 g/l
1 g/l
2 g/l
3 g/l
4 g/l

6

Khi tăng nồng độ TDC trong dung dịch từ 0 đến 4 g/L, dòng ăn mòn i
c
giảm từ
125,12 đến 8,14 mA/cm
2
, tương đương với sự tăng điện trở phân cực R
p
từ 133,41
đến 2123,25 Ω.cm
2
. Hiệu quả ức chế được tính từ dòng ăn mòn (H
i
) và từ điện trở
phân cực (H
Rp
) tăng dần theo nồng độ TDC và đạt trên 90% khi dung dịch có 3-4
g/L TDC.
Hệ số b
a
và b

c
của đường cong phân cực thay đổi trung bình khoảng 20-30
mV/dec khi có mặt TDC trong dung dịch. Hệ số b
c
thay đổi chỉ ra ảnh hưởng của chất
ức chế đến động học của phản ứng thoát H
2
. Giá trị b
a
thay đổi có thể do ion Cl
-
và/ hoặc
phân tử chất ức chế hấp phụ lên bề mặt kim loại. Điều đó cho thấy TDC đã tác động đến
cả hai nhánh anốt và catốt của đường cong phân cực, có nghĩa là TDC là chất ức chế hỗn
hợp. Kết quả này phù hợp với xu hướng biến thiên điện thế ăn mòn theo thời gian đã
phân tích trong hình 3.3.
Phổ tổng trở của thép trong các dung dịch nghiên cứu trình bày trên hình 3.5.

Hình 3.5 - Phổ Nyquist (a) và phổ Bode (b) của thép
trong HCl 1N có TDC với các nồng độ khác nhau

Hình 3.6 - Sơ đồ mạch tương đương của hệ
thép trong HCl 1N không và có TDC

Hình 3.7 - Phổ Nquist của thép trong axit
HCl 1N có TDC với nồng độ khác nhau
( : đường đo; : Fitting (đường mô phỏng))

Phổ Nyquist (hình 3.5a) gồm 1 cung tròn ở vùng tần số cao và 1 cung nằm dưới
trục thực. Cung đầu tương ứng với quá trình ăn mòn chủ yếu khống chế bởi quá trình

chuyển điện tích. Cung đầu có dạng bán cung tròn bị nén, thể hiện tụ điện của lớp kép
trong hệ ăn mòn của thép trong axit không phải là tụ lý tưởng mà giống một phần tử
pha không đổi (CPE). Phương trình tổng trở của CPE có dạng [15, 52, 110, 118]:
Z
CPE
= [Y
o
.(jω)
n
]
-1
(3.1)
Phương trình (3.1) cho thông tin về mức độ không lý tưởng của điện dung. Với
tụ lý tưởng thì n=1 và với CPE thì n<1.

a)


b)


Hình 3.5 - Phổ Nyquist (a) và phổ Bode (b) của thép trong HCl 1N có thêm TDC với các
nồng độ khác nhau

-3 0 3 6
0
2
4
0 g/L
1 g/L

2 g/L
3 g/L
4 g/L
Log /Z/ (?)
Log f (Hz)
-3 0 3 6
0
20
40
60
80
-Phase (°)
Log f (Hz)
()
1 Hz
1 Hz
10 Hz
10 Hz


trong đó:
R
s
:
Điện trở dung dịch
R
ct
:
Điện trở chuyển điện tích
CPE:

Phần tử pha không đổi
L :
Cuộn cảm
R
L
:
Điện trở cuộn cảm




trong đó:
R
dd
: Điện trở dung dịch
R
ct
: Điện trở chuyển điện tích
CPE: Hằng số pha không đổi
L : Cuộn cảm
R
L
: Điện trở cuộn cảm
CPE
R
L

L
R
ct


R
dd


7

Cung sau là cung nằm dưới trục thực và quay trở về phía tần số cao hơn, có thể
do các phân tử H
2
O, các ion như H
+
, Cl
-
và/hoặc các phân tử của TDC có mặt trong
dung dịch hấp phụ lên bề mặt kim loại. Các cung hấp phụ trong phổ tổng trở thường
được đặc trưng bởi cuộn cảm [70, 118]. Theo một số tác giả, sự xuất hiện phần đuôi
ở tần số thấp trong phổ tổng trở của thép trong dung dịch axit HCl khi có mặt chất
ức chế là do sự hấp phụ của các ion Cl
-
và H
+
lên bề mặt kim loại [32, 70, 75]. Một
số tác giả khác cho rằng limonene được chiết xuất từ vỏ quả cam với cặp đôi điện tử
Pi tích điện âm đã hấp phụ vật lý lên bề mặt kim loại và làm giảm quá trình ăn mòn
thép trong dung dịch axit [40].
Trên phổ Bode (hình 3.5b) cũng cho thấy, khi nồng độ TDC tăng, tổng trở Z tăng
và góc pha tăng. Góc pha tăng có thể do sự hình thành lớp màng hấp phụ của các ion
Cl
-

, H
+
và các phân tử trong TDC lên bề mặt kim loại.
Trên cơ sở tổng quan tài liệu và số liệu thực nghiệm, sơ đồ mạch tương đương
của hệ thép trong axit HCl 1N khi không và khi có TDC đã được xây dựng như trong
hình 3.6 [32, 64, 71, 118].
Điện dung lớp kép (C
dl
) có thể được tính theo phương trình:
 
1/n
n1
ctodl
.RYC


(3.3)
trong đó: Y
o
là độ lớn của CPE; n là hệ số ngoại suy của CPE, thường liên quan đến
sự không đồng nhất của bề mặt, và /hoặc của tương tác giữa kim loại và màng bề
mặt.
Bảng 3.2 cho thấy điện trở chuyển điện tích tăng đáng kể với sự tăng của nồng
độ TDC. Cụ thể, trong axit HCl, R
ct
là 80 Ω.cm
2
, nhưng khi có TDC với các nồng
độ từ 1 đến 4 g/L, giá trị này tăng lần lượt là 324; 479; 980 và 1258 Ω.cm
2

. Điều này
chứng tỏ TDC đã khống chế quá trình chuyển điện tích, từ đó làm giảm ăn mòn thép
trong axit HCl. Khả năng ức chế ăn mòn tăng dần theo sự tăng nồng độ TDC trong
dung dịch.
Bảng 3.2- Các thông số của quá trình ăn mòn được mô phỏng từ phổ EIS
C
TDC

(g/L)
R
dd
(Ω.cm
2
)
R
ct
(Ω.cm
2
)
Y
o
(µF)
n
C
dl

(µF/cm
2
)
H

Rct
(%)
0
0,7
80
56,10
0,911
75,53

1
0,6
324
58,60
0,842
69,67
75,3
2
0,6
479
50,90
0,883
65,60
83,3
3
0,6
980
19,2
0,867
23,02
91,8

4
0,5
1258
22,03
0,863
34,68
93,6
Giá trị C
dl
có xu hướng giảm khi tăng nồng độ ức chế. Theo mô hình Helmholz, sự
thay đổi của giá trị C
dl
có thể do sự thay thế đáng kể các phân tử nước bởi các phân tử
hữu cơ hấp phụ lên bề mặt kim loại, làm giảm hằng số điện môi cục bộ và / hoặc làm
tăng chiều dày lớp điện tích kép. Theo một số tác giả, sự giảm C
dl
cũng có thể do sự
hấp phụ của chất ức chế diễn ra trên bề mặt kim loại [21, 93, 118].
Ngoài ra, khi dung dịch có thêm TDC giá trị n giảm, điều đó thể hiện bề mặt điện
cực trở nên kém đồng nhất hơn, liên quan đến sự tồn tại của lớp màng bảo vệ (lớp hấp

8

phụ) được hình thành trên bề mặt thép. Hiệu quả ức chế ăn mòn (được tính từ R
ct
)

tăng
tương ứng từ khoảng 75% đến trên 90% khi nồng độ TDC tăng từ 1 đến 4g/L. Tuy
nhiên, giá trị hiệu quả tăng không đáng kể khi tăng nồng độ TDC từ 3 đến 4 g/L.

Hình 3.8 là đồ thị so sánh hiệu quả ức
chế ăn mòn thép bởi TDC được tính theo
các phương pháp: ngoại suy từ đường cong
phân cực (Tafel), phổ tổng trở điện hóa
(EIS) và tổn hao khối lượng (KL). Nhìn
chung, hiệu quả ức chế đều tăng khi tăng
nồng độ TDC.
Như vậy, TDC làm giảm tốc độ ăn mòn
thép do đã hấp phụ lên bề mặt kim loại,
hình thành lớp bảo vệ thép. TDC đóng vai
trò là ức chế hỗn hợp, có tác dụng ức chế
tốt cho thép trong axit HCl, nồng độ ức chế
tối ưu là 3 g/L với hiệu quả ức chế cao nhất
là 80-90% (tùy thuộc phương pháp nghiên cứu).
3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian
Kết quả đo phân cực tuyến tính và tổn hao khối lượng cho sự biến thiên điện trở
phân cực R
p
, dòng ăn mòn i
c
và hiệu quả ức chế ăn mòn thép theo thời gian trong
axit HCl 1N bởi TDC được trình bày lần lượt trên các hình 3.9, 3.10 và 3.12.


Hình 3.9 - Sự biến thiên điện trở phân
cực thép trong axit HCl 1N không và có
3 g/L TDC theo thời gian
Hình 3.10 - Sự biến thiên dòng ăn mòn thép
trong axit HCl 1N không và có 3 g/L TDC
theo thời gian


Điện trở phân cực R
p
(hình 3.9) của thép trong axit HCl 1N không có ức chế có
giá trị dao động trong khoảng 150-300Ω trong 8h đầu và có xu hướng giảm, còn 82Ω
sau 24h ngâm mẫu, tức là dòng ăn mòn tăng. Điện trở phân cực của thép trong axit có
TDC ở tất cả các thời gian khảo sát đều lớn hơn rất nhiều so với trong axit không có
ức chế (R
P
lớn hơn từ 6,5 đến 8,5 lần sau 5 phút đến khoảng 8h ngâm mẫu và cao gấp
15,7 lần sau 24h ngâm mẫu). Vì thế có thể cho rằng TDC làm giảm đáng kể dòng ăn
mòn thép trong axit HCl 1N từ ngay khi ngâm mẫu và giảm mạnh sau 24h. Kết quả
này hoàn toàn phù hợp với kết quả về biến thiên dòng ăn mòn trên hình 3.10.
0
50
100
150
200
250
0 4 8 12 16 20 24
ic (mA/cm2)
Thời gian (h)
0 g/l
3 g/l
Hình 3.8 - Đồ thị so sánh hiệu quả ức chế
ăn mòn thép bởi TDC theo 3 phương pháp

9

Hiệu quả ức chế ăn mòn thép của TDC

được tính toán từ điện trở phân cực H
Rp
và
tổn hao khối lượng H
KL
(hình 3.12) cho
thấy, hiệu quả ức chế khá cao, đạt trên
80%. Giá trị này tăng nhẹ khi thời gian
ngâm mẫu tăng. Hiệu quả ức chế ăn mòn
của TDC đạt được khoảng 90% sau 6h
ngâm mẫu ở cả hai phương pháp nghiên
cứu.
Ngoài phương pháp phân cực tuyến
tính và tổn hao khối lượng như đã trình bày
trên đây, ảnh hưởng của thời gian còn được
nghiên cứu thông qua đường cong phân cực
và phổ tổng trở. Các thông số điện hóa của quá trình ăn mòn thép theo thời gian được
xác định từ đường cong phân cực và phổ tổng trở cho kết quả như trong bảng 3.4.
Bảng 3.4 - Các thông số điện hóa của quá trình ăn mòn thép sau 1h và 24h


Bảng 3.4 chỉ ra rằng, trong cả axit HCl 1N có và không có ức chế TDC, thời gian
ngâm mẫu tăng từ 1h đến 24h, dòng ăn mòn i
c
tăng hay điện trở chuyển điện tích R
ct

giảm, tương ứng là sự tăng của điện dung lớp kép C
dl
. Kết quả này là do khi tăng

thời gian hòa tan, diện tích bề mặt tan tăng, làm tăng xuất hiện một số tạp chất catốt,
những tạp chất catốt này có quá thế hydro thấp, nên làm tăng quá trình catốt, vì vậy
làm tăng ăn mòn trong môi trường axit.
Hiệu quả ức chế H
i
và H
Rct
tính toán được theo cả hai phương pháp Tafel và EIS
đều đạt trên 90% sau 1h và 24h. Như vậy, TDC có tác dụng ức chế ăn mòn hiệu quả
và ổn định trong khoảng thời gian khảo sát từ 1h đến 24h. Các phương pháp nghiên
cứu: phân cực tuyến tính, KL, Tafel và EIS đều cho kết quả phù hợp với nhau.
3.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nghiên cứu này được thực hiện bởi phương pháp tổn hao khối lượng. Kết quả
sự phụ thuộc tốc độ ăn mòn thép vào nhiệt độ được đưa ra trên hình 3.15.
Tốc độ ăn mòn thép trong tất cả các dung dịch có nồng độ TDC từ 0 đến 4g/L
đều phụ thuộc nhiệt độ theo phương trình y=ae
bx
(y là tốc độ ăn mòn; x là nhiệt độ;
a và b là hằng số) với hệ số tương quan rất cao (R
2
>0,98).


C
TDC

(g/L)
Thời gian
(h)
Phương pháp Tafel

Phương pháp EIS
E
c
(mV.vs
Ag/AgCl)
i
c

(mA/cm
2
)
H
i
(%)
R
dd
(Ω.cm
2
)
R
ct
(Ω.cm
2
)
C
dl
(µF/cm
2
)
H

Rct

(%)
0
1
-429,24
125,12
-
0,7
80
37,76

24
-428,73
628,5
-
0,7
16
731,16

3
1
-411,71
9,86
92,1
0,6
980
11,52
91,8
24

-455,58
53,82
91,4
0,6
476
31,15
96,7
Hình 3.12 - Sự biến thiên hiệu quả ức chế
ăn mòn thép trong axit HCl 1N bởi TDC
3g/L theo thời gian ở 25
o
C

10



Số liệu thực nghiệm cho thấy hiệu quả
ức chế H
w
(hình 3.16) thay đổi không nhiều
trong khoảng nhiệt độ từ 15
o
C đến 65
o
C.
Mức độ thay đổi H
w
là khoảng dưới 20%
khi dung dịch có 1 hoặc 2 g/L TDC, và chỉ

khoảng dưới 10% khi TDC có mặt trong
dung dịch từ 3 g/L trở lên. Việc tăng H
w
của
TDC trong HCl 1N ở nồng độ 1, 2 g/L khi
tăng nhiệt độ trong khoảng 25, 35, 45
o
C có
thể do trong khoảng nhiệt độ này các phân
tử TDC tương đối linh động, TDC dễ dàng
đến và hấp phụ lên bề mặt điện cực. Tuy
nhiên, khi nhiệt độ đạt trên 45
o
C, hiệu quả ức
chế đều giảm có thể do hiện tượng nhả hấp phụ TDC bắt đầu xảy ra, nhưng khi nồng
độ TDC đủ lớn hiện tượng này ít ảnh hưởng đến khả năng ức chế của TDC. Theo xu
thế chung, đường thẳng hồi quy các giá trị hiệu quả ức chế ăn mòn theo nhiệt độ đều
có xu hướng giảm nhẹ ở tất cả nồng độ TDC khảo sát khi nhiệt độ tăng từ 15 đến 65
o
C.
Công bố trên thế giới về tác dụng ức chế ăn mòn của limonene ở nồng độ tối ưu
đối với thép sau 1h cho thấy hiệu quả ức chế thay đổi không đáng kể (60÷65%) khi
nhiệt độ trong khoảng 298 đến 328K (25÷55
o
C).
3.2.4. Ảnh hưởng của nồng độ axit
Nội dung này được thực hiện với thép trong dung dịch axit HCl 0,5N; 1N và 2N
với 3 g/L TDC (đây là nồng độ tối ưu đối với thép trong axit HCl 1N) bằng các
phương pháp đo tổn hao khối lượng (KL), đường cong phân cực (Tafel), phổ tổng
trở điện hóa (EIS) và kính hiển vi điện tử quét SEM.

Đồ thị so sánh ảnh hưởng của nồng độ axit đến hiệu quả ức chế theo 3 phương
pháp (hình 3.19) cho thấy, hiệu quả ức chế đều đạt khoảng 80% khi nồng độ axit là
0,5N và 2N và đạt cao nhất (khoảng 90%) với axit 1N. Kết quả nghiên cứu thu được

Hình 3.15 - Sự phụ thuộc
tốc độ ăn mòn thép trong
axit HCl 1N không và có
TDC với nồng độ 1 đến 4
g/L theo nhiệt độ

Hình 3.16 - Sự phụ thuộc hiệu quả ức
chế ăn mòn thép trong axit HCl 1N
theo nhiệt độ và nồng độ TDC

11

như vậy có thể do nghiên cứu này được thực hiện với các axit có 3 g/L TDC (đây là
nồng độ ức chế tối ưu trong axit HCl 1N.
Ảnh SEM (hình 3.20) cho thấy: các mẫu thép trong các axit trống (3.20b) bị ăn
mòn lỗ mạnh. Mức độ ăn mòn lỗ, số lỗ tăng khi nồng độ axit tăng. Kết quả này hoàn
toàn phù hợp với kết quả đo tổn hao khối lượng và điện hóa trên đây.
Mẫu thép thử nghiệm trong các axit HCl chứa 3 g/L TDC (3.21c) có bề mặt nhẵn
hơn rất nhiều, số lượng lỗ và kích thước lỗ cũng nhỏ hơn rất nhiều so với các mẫu
thử nghiệm trong các axit trống tương ứng. Khi nồng độ axit tăng, bề mặt thép có
xuất hiện số lỗ nhiều hơn, nhưng không đáng kể khi dung dịch có thêm TDC. Điều
này cho thấy, TDC có tác dụng ức chế sự ăn mòn lỗ của thép trong dung dịch axit
và tác dụng khá hiệu quả trong khoảng nồng độ axit từ 0,5N đến 2N.
3.3. Tính toán các thông số nhiệt động học, hấp phụ và đề xuất cơ chế ức chế
của TDC đối với quá trình ăn mòn thép trong môi trường axit HCl 1N
Quá trình ăn mòn là một quá trình phản ứng dị thể bao gồm nhiều giai đoạn,

trong đó tốc độ của phản ứng chung được quyết định bởi tốc độ của giai đoạn chậm
nhất. Vì vậy, các thông số nhiệt động tính toán được từ tốc độ ăn mòn là các giá trị
nhiệt động biểu kiến (tổng đại số của các giá trị nhiệt động của tất cả các giai đoạn).
Theo tài liệu [109], H và S được tính cho quá trình hình thành phức chất trung
gian, tuy nhiên quá trình trung gian này lại là giai đoạn quyết định tốc độ phản ứng.
Do vậy có thể coi H và S tính toán được là của quá trình ăn mòn. Các giá trị nhiệt
động biểu kiến E
a
, ΔH, ΔS đã được tính toán thông qua tốc độ ăn mòn của thép W
corr

(theo công thức (1.20)) trong dung dịch axit HCl 1N không có và có TDC ở các nhiệt
độ khác nhau (15÷65
o
C).







Hình 3.19 - Hiệu quả ức chế theo
nồng độ axit được tính từ ba
phương pháp

Hình 3.20 - Ảnh SEM bề mặt mẫu thép trước thí
nghiệm (a), thép trong các axit HCl (b) và thép trong
axit HCl có TDC 3 g/L (c) sau 1h ngâm mẫu ở 25
o

C
a)





Mẫu trước thí nghiệm

b)




HCl 0.5N
HCl 1N
HCl 2N
c)




HCl 0.5N + 3g/l TDC
HCl 1N + 3g/l TDC
HCl 2N + 3g/l TDC


12

Ngoài ra, việc xác định qui luật hấp phụ của chất ức chế và tính toán năng lượng

tự do hấp phụ (ΔG
hp
) cũng được thực hiện để xem xét quá trình hấp phụ chất ức chế
lên bề mặt thép là hấp phụ hóa học hay hấp phụ vật lý. Để xác định các qui luật hấp
phụ của chất ức chế lên bề mặt kim loại, cần tìm mối quan hệ giữa độ che phủ bề
mặt và nồng độ chất ức chế. Độ che phủ bề mặt () của chất ức chế được tính theo
phương trình:
 = (W
0
corr
- W
corr
)/W
0
corr
(3.4)
ở đây: W
0
corr
và W
corr
lần lượt là tốc độ ăn mòn thép trong dung dịch HCl 1N không
có và có chất ức chế, mg/cm
2
.h.
Bảng 3.8 trình bày kết quả tốc độ ăn mòn thép và độ che phủ bề mặt thép bởi
TDC ở các nhiệt độ khác nhau từ 15 đến 65
o
C được xác định theo phương pháp tổn
hao khối lượng.


Bảng 3.8 - Tốc độ ăn mòn thép W và độ che phủ bề mặt θ trong axit HCl có TDC với
nồng độ từ 0 đến 4 g/L ở các nhiệt độ khác nhau


3.3.1. Các thông số nhiệt động của quá trình ăn mòn thép trong môi trường axit
có TDC
Năng lượng hoạt hóa E
a
của quá trình ăn mòn được tính toán dựa trên phương
trình Arrhenius [21, 70, 98]:
W
corr
= A.exp(-E
a
/RT) (3.5)
với: W
corr
là tốc độ ăn mòn (mg/cm
2
.h); R là hằng số khí lý tưởng (J/mol.
o
K) và T là
nhiệt độ dung dịch (
o
K).
Hàm entanpy hoạt hóa ΔH được tính thông qua phương trình [69]:

Nhiệt
độ (

o
C)
C
TDC

(g/L)
W
corr

(mg/cm
2
.h)
θ
Nhiệt
độ (
o
C)
C
TDC

(g/L)
W
corr

(mg/cm
2
.h)
θ
15
0

0,1536
-


45

0
1,5122
-
1
0,0845
0,450
1
0,7461
0,507
2
0,0556
0,638
2
0,4762
0,685
3
0,0281
0,817
3
0,2468
0,837
4
0,0325
0,788

4
0,3842
0,746
25
0
0,3098
-
55

0
3,3323
-
1
0,1815
0,414
1
2,0777
0,377
2
0,1241
0,599
2
1,5143
0,546
3
0,0570
0,816
3
0,6719
0,798

4
0,0650
0,790
4
0,9213
0,724
35
0
0,6043
-
65

0
6,0496
-
1
0,3147
0,479
1
4,0095
0,337
2
0,1944
0,678
2
3,3106
0,453
3
0,1129
0,813

3
1,5710
0,740
4
0,1640
0,729
4
1,8679
0,691

13

E
a
= ΔH + RT (3.7)
Hàm entropy hoạt hóa ΔS được xác định dựa vào các thông số của đồ thị sự phụ
thuộc ln(W
corr
/T) vào 1/T theo phương trình [52, 69, 109, 110]:

)
RT
ΔH
)exp(
R
ΔS
exp(
h
Tk
W

B
corr



(3.8)
ở đây: k
B
là hằng số Boltzman và h là hằng số Plank.
Các đồ thị quan hệ lnW
corr
- 1/T và ln(W
corr
/T) - 1/T được xây dựng dựa vào các
số liệu ở bảng 3.8 và được thể hiện trên hình 3.21.

a)









Hình 3.21 - Đồ thị quan
hệ lnW
corr
- 1/T (a) và

ln(W
corr
/T) - 1/T (b)
b)



Từ đồ thị thực nghiệm hình 3.21 nhận thấy các đồ thị quan hệ lnW
corr
- 1/T và
ln(W
corr
/T) - 1/T là quan hệ tuyến tính với hệ số tương quan R
2
rất cao. Vì thế, các
thông số nhiệt động biểu kiến của quá trình ăn mòn thép trong các dung dịch nghiên
cứu được tính toán và đưa ra trong bảng 3.9.
Giá trị năng lượng hoạt hóa E
a
của thép trong dung dịch axit HCl 1N là 61 kJ/mol.
Giá trị này cũng phù hợp với một số tài liệu đã được công bố cho thấy E
a
của thép
trong axit HCl có giá trị trong khoảng 51 - 65 kJ/mol [40, 69, 76]. Việc thêm chất
ức chế TDC đã làm tăng giá trị E
a
và ΔH của quá trình ăn mòn thép trong dung dịch
axit. Giá trị dương của hàm entanpy ΔH cho thấy quá trình hòa tan thép là quá trình
thu nhiệt. Khi nồng độ chất ức chế TDC tăng, giá trị E
a

và ΔH tăng lên cho thấy phải
cung cấp một lượng nhiệt lớn hơn thì quá trình ăn mòn mới xảy ra. Điều này có thể
y = -7.3386x + 23.4941
R² = 0.9949
y = -7.6174x + 23.8251
R² = 0.9871
y = -7.8496x + 24.1802
R² = 0.9780
y = -7.8409x + 23.4652
R² = 0.9870
y = -8.0753x + 24.4800
R² = 0.9965
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5
lnWcorr (mg/cm
2.h)
1000/T (1/K)
0 g/l
1 g/l
2 g/l
3 g/l
4 g/l


14

là do trên bề mặt kim loại đã có một lớp màng mỏng của chất ức chế hấp phụ lên,
ngăn cản quá trình hòa tan thép trong môi trường axit.

Bảng 3.9 - Các thông số nhiệt động của quá trình ăn mòn
Nồng độ,
g/L
tgα
E
a

(kJ/mol)
ΔH
(kJ/mol)
b
ΔS
(J/mol.K)
0
-7,3386
61,0131
58,5355
16,7509
-58,2718
1
-7,6174
63,3311
60,8535
17,0820

-55,5189
2
-7,8496
65,2616
62,7840
17,4370
-52,5673
3
-7,8409
65,1892
62,7117
17,1959
-54,5719
4
-8,0753
67,1380
64,6605
17,3894
-52,9631

Giá trị E
a
cao hơn ΔH trong các dung dịch nghiên cứu chỉ ra rằng quá trình ăn mòn
phải bao gồm phản ứng thoát khí (ở đây là phản ứng thoát hydro H
2
) và điều này liên
quan đến việc giảm tổng thể tích khí thoát ra, tức là làm giảm quá trình hòa tan kim
loại. Giá trị entropi hoạt hóa ΔS trong dung dịch axit không có ức chế là -58,3 J/mol.K,
giá trị này âm hơn so với ΔS trong các axit có TDC. Đối với hệ không cô lập, khi ΔS
của hệ âm hay dương nói lên trạng thái của hệ có độ trật tự nhỏ hay lớn [6]. Việc tăng

entropy trong sự có mặt của chất ức chế làm tăng độ mất trật tự xảy ra trong giai đoạn
chuyển từ chất phản ứng thành phức chất hoạt động [52, 109, 110]. Ngoài ra, giá trị
ΔS trong hệ ức chế ít âm hơn chỉ ra rằng có sự thay thế một phần các phân tử nước
trên bề mặt kim loại bởi các phân tử chất ức chế TDC [70, 90].
Như vậy, các giá trị năng lượng hoạt hóa E
a
và entanpi hoạt hóa ΔH cho thấy,
khi có thêm TDC quá trình ăn mòn xảy ra khó khăn hơn do có sự hấp phụ của TDC
trên bề mặt kim loại; giá trị entropi hoạt hóa ΔS thể hiện sự có mặt của chất ức chế
làm tăng độ mất trật tự xảy ra trong giai đoạn chuyển từ chất phản ứng thành phức
chất hoạt động và có sự thay thế một phần các phân tử nước trên bề mặt kim loại bởi
các phân tử chất ức chế TDC.
3.3.2. Các thông số nhiệt động của quá trình hấp phụ TDC trên bề mặt thép
Sự hấp phụ của TDC lên bề mặt thép được đánh giá bởi các thuyết hấp phụ
Langmuir, Temkin và Frumkin dựa trên sự phụ thuộc hằng số cân hằng hấp phụ -
nhả hấp phụ K (M
-1
) vào nồng độ chất ức chế C (g/L) và độ che phủ bề mặt .
 Xây dựng phương trình hấp phụ theo thuyết hấp phụ Langmuir
Thuyết này được xây dựng với các giả thiết: Hấp phụ đơn lớp; Không có tương
tác giữa các phân tử chất bị hấp phụ với nhau; Bề mặt hấp phụ là đồng nhất, nghĩa
là năng lượng hấp phụ không phụ thuộc vào θ.
Áp dụng phương trình: KC = /(1 - ) hoặc C/ = 1/K + C (3.9)
Từ hình 3.22 cho thấy, sự hấp phụ của TDC lên bề mặt thép tuân theo quy luật
đường thẳng với hệ số tương quan R
2
≥0,81. Theo giáo trình lý thuyết thống kê, đối
với phương trình 2 biến, hệ số tương quan R≥0,9 hay R
2
≥0,8 thì sự tương quan là

chặt chẽ. Như vậy, sự hấp phụ của TDC tuân theo quy luật Langmuir với mức độ
chặt chẽ.

15

Tuy nhiên, các phương trình thực nghiệm có độ dốc a≠1 cho thấy, sự hấp phụ của
TDC lên bề mặt thép không chỉ là hấp phụ đơn lớp thông thường mà có thể do sự hấp
phụ cạnh tranh của các lớp phân tử với nhau, hay của các phân tử trong cùng một lớp
hay bởi bề mặt hấp phụ không đồng nhất về mặt năng lượng.




Hình 3.22 - Đường đẳng nhiệt
hấp phụ được xây dựng theo
thuyết hấp phụ Langmuir đối với
thép trong axit HCl 1N ở các
nhiệt độ khác nhau
Vì vậy, ở đây phương trình Langmuir hiệu chỉnh được áp dụng trong trường hợp
này được nhiều tác giả khuyến nghị có dạng [16, 26, 46, 51, 106]:
K
n
nC
θ
C


(3.10)
với n là hệ số tuyến tính điều chỉnh.
Như vậy, đặc trưng hấp phụ TDC lên bề mặt thép không hoàn toàn chỉ là hấp phụ

đơn lớp và bề mặt có thể không đồng nhất về mặt năng lượng. Do vậy, phương trình
hấp phụ theo thuyết hấp phụ Temkin và Frumkin được xây dựng để xác định rõ hơn
quy luật hấp phụ của TDC.
 Xây dựng phương trình hấp phụ theo theo thuyết hấp phụ Temkin:
Thuyết này được xây dựng với các giả thiết: Bề mặt không đồng nhất về năng
lượng hấp phụ; Có sự tác dụng giữa các phần tử chất bị hấp phụ

với nhau và giữa
chúng với bề mặt kim loại.
Áp dụng phương trình:  = (1/f)ln[KC] (3.11)
trong đó: f là hệ số liên quan đến sự không đồng nhất về mặt năng lượng của bề mặt
kim loại.
Đồ thị  - logC được xây dựng từ kết quả thực nghiệm (hình 3.23).
Ta thấy TDC hấp phụ lên bề mặt thép tuân theo thuyết hấp phụ Temkin với hệ
số tương quan khá cao (R
2
≥0,8). Điều này chứng tỏ sự hấp phụ TDC là hấp phụ với
bề mặt không đồng nhất về năng lượng hấp phụ và có sự tương tác của các phân tử
chất hấp phụ với nhau hoặc với bề mặt kim loại.

 Xây dựng phương trình hấp phụ theo theo thuyết hấp phụ Frumkin:
Thuyết này được xây dựng cho mô hình hấp phụ tổng quát, có sự tương tác mạnh
giữa các phân tử chất bị hấp phụ.
Áp dụng phương trình: KC = (/(1 - ))exp(-2a) (3.12)
hay lg[/((1 - )C)] = lgK + 2a/2.303 (3.13)
trong đó: a là hệ số liên quan đến tương tác giữa các chất hấp phụ.

16







Hình 3.23 - Đường đẳng nhiệt
hấp phụ được xây dựng theo
thuyết hấp phụ Temkin đối với
thép trong axit HCl 1N ở các
nhiệt độ khác nhau


Hình 3.24 cho thấy, các phương trình đường thẳng thu được từ thực nghiệm có
hệ số tương quan R
2
thấp (R
2
< 0,54), hay nói cách khác sự hấp phụ của TDC lên bề
mặt thép trong axit HCl 1N không tuân theo quy luật Frumkin, tức là không có tương
tác mạnh giữa các phân tử của chất bị hấp phụ với nhau.





Hình 3.24 - Đường đẳng
nhiệt hấp phụ được xây
dựng theo thuyết hấp phụ
Frumkin đối với thép trong
axit HCl 1N ở các nhiệt độ
khác nhau

Tóm lại, thông qua việc xây dựng các quy luật hấp phụ theo thuyết Langmuir,
Temkin và Frumkin, ta thấy sự hấp phụ của TDC lên bề mặt thép tuân theo quy luật
Langmuir và Temkin với hệ số tương quan cao. Sự hấp phụ của TDC làm ngăn cản quá
trình hòa tan thép, qua đó chúng ức chế ăn mòn của bề mặt thép.
Năng lượng tự do hấp phụ được tính toán phụ thuộc vào hằng số cân bằng hấp
phụ - nhả hấp phụ theo phương trình:
Với K =
)exp(
5,55
1
RT
G
hp


hay ΔG
hp
= -2,303RTlog(55,5K) (3.14)
trong đó: R là hằng số khí lý tưởng (J/mol.
o
K); T là nhiệt độ (
o
K); 55,5 là nồng độ
của nước (mol/L).
Kết quả tính toán ΔG
hp
từ quy luật Langmuir và Temkin lần lượt có giá trị: ΔG
hp

= -8,37 ÷ -11,58 kJ/mol và ΔG

hp
= -13,68 ÷ -17,40 kJ/mol ở mọi nhiệt độ khảo sát.

17

ΔG
hp
>-20 kJ/mol cho thấy quá trình hấp phụ của TDC lên thép trong axit HCl 1N
là quá trình tự diễn biến và đều là hấp phụ vật lý. Kết quả này cũng phù hợp với công
bố về sự hấp phụ của Limonene (được chiết từ vỏ cam) lên bề mặt thép cho thấy:
bản chất quá trình hấp phụ là hấp phụ vật lý và diễn ra tự phát.
3.3.3. Nghiên cứu sàng lọc các thành phần trong TDC có khả năng hấp phụ trên
bề mặt kim loại
3.3.3.1. Nghiên cứu khả năng hình thành màng trên bề mặt thép trong dung dịch axit HCl
1N khi có TDC
Để nghiên cứu khả năng hình thành màng trên bề mặt kim loại, hình thái học bề
mặt và phân tích thành phần bề mặt mẫu được nghiên cứu trên máy SEM-EDX
(JEOL 6490, Jed 2300 - Nhật Bản) với các bước tiến hành như sau:
o Lần rửa thứ nhất (trước rửa màng): được thực hiện đối với bề mặt thép sau
khi ngâm 1h trong các dung dịch nghiên cứu với mục đích quan sát và phân tích
thành phần màng có thể hình thành trên bề mặt thép. Mẫu được đem rửa nhẹ bằng
nước máy và tráng lại với nước cất, sau đó làm khô bằng giấy thấm. Bề mặt thu được
đem chụp SEM và phân tích EDX lần 1.
o Lần rửa thứ hai (rửa màng): được thực hiện sau khi kết thúc chụp SEM-
EDX lần 1. Mẫu được rửa lại bằng xà phòng, rửa nước, tráng nước cất, rồi lau khô
bằng giấy thấm tẩm cồn và sấy. Sau đó, mẫu được đem chụp SEM-EDX lần 2.







Hình 3.25 - Ảnh SEM bề mặt thép
trước và sau thí nghiệm trong axit
trống và axit có 3 g/L TDC
sau 1h ở 25
o
C

Ảnh SEM (hình 3.25) cho thấy, bề mặt mẫu trước thí nghiệm rất nhẵn, sau khi
ngâm 1h trong axit HCl 1N thì bề mặt mẫu bị ăn mòn lỗ rất mạnh, các lỗ xuất hiện
với số lượng lớn và đường kính lỗ rộng. Quá trình ăn mòn lỗ trên bề mặt thép là do
sự hoạt động của ion Cl
-
, cùng với việc cấu trúc pha và thành phần các nguyên tố vi
lượng tại các vị trí biên hạt trên bề mặt khác nhau, dẫn đến hình thành các vi pin
hoặc các điểm hoạt động mạnh do vậy tại các điểm đó xảy ra quá trình ăn mòn lỗ.
So sánh ảnh SEM bề mặt mẫu thép trước rửa màng và sau rửa màng ở cùng độ phóng
đại cho thấy, bề mặt thép sau rửa màng sạch hơn, bề mặt và các lỗ bị ăn mòn xuất
hiện rõ hơn do không bị sản phẩm ăn mòn che phủ.
Đối với dung dịch có 3 g/L TDC, bề mặt thép sau thí nghiệm khá nhẵn, số lượng
các lỗ bị ăn mòn và kích thước lỗ nhỏ hơn rất nhiều so với trong axit trống. Như vậy,



Mẫu trước thí nghiệm
HCl 1N - Trước rửa màng
HCl 1N + 3g/l TDC
Trước rửa màng





HCl 1N - Sau rửa màng
HCl 1N + 3g/l TDC
Sau rửa màng


18

TDC có khả năng ức chế sự ăn mòn lỗ đối với thép trong môi trường HCl 1N. Trên
bề mặt mẫu trước rửa màng cho thấy có một lớp màng rất mỏng là do chất ức chế đã
hấp phụ lên bề mặt, che đi các điểm hoạt động, làm giảm sự tương tác của các ion
gây ăn mòn lên bề mặt mẫu thép.
Để làm rõ sự xuất hiện lớp màng mỏng khi có mặt TDC, phổ EDX được phân
tích trên bề mặt thép trước và sau rửa màng ở các vị trí bề mặt khác nhau. Kết quả
đưa ra trên bảng 3.12.
Bảng 3.12 - Kết quả phân tích EDX thành phần bề mặt thép trước và sau thí nghiệm ở các vị trí bề
mặt khác nhau


Mẫu
Vị trí
Hàm lượng nguyên tố, % khối lượng
C
O
Si
S
Cl
Cr

Fe
Cu
Tổng
Thép
trước thí
nghiệm
1
Toàn bề
mặt


0,24


0,26
99,5

100
2
Toàn bề
mặt


0,36


0,22
99,42

100

3
Toàn bề
mặt


0,62


0,27
99,1

100

HCl 1N -
Sau rửa
lần 1
1
Toàn bề
mặt
1,77
0,89
1,29
0
0,05
0,17
95,06
0,77
100
2
Vùng tối

1,98
0,15
1,29
0,1
0,07
0,4
95,1
0,92
100
3
Vùng sáng
2,16
1,04
0,45
0,05
0
0,12
95,07
1,12
100
4
Lỗ
2,79
5,79
0,25
0,16
0,12
0
89,89
0,99

100

HCl 1N-
Sau rửa
lần 2
(rửa
màng)
1’
Toàn bề
mặt
0,84
0,73
0,15
0,05
0
0,31
97,64
0,27
100
2’
Vùng tối
0,75
1,34
0,44
0,04
0,01
0,14
97,14
0,14
100

3’
Vùng sáng
2,34
0,89
0,38
0,07
0,03
0,17
95,38
0,74
100
4’
Lỗ
0,76
3,01
0,76
0,14
0,01
0,18
94,83
0,31
100

HCl 1N
+ 3g/L
TDC
- Sau rửa
lần 1
1
Toàn bề

mặt
7,58
0,63
0,41
0,03
0,02
0,25
91,09
0
100
2
Vùng tối
40,78
2,98
0,13
0,13
0,16
0,18
55,49
0,16
100
3
Vùng sáng
13,31
0,77
0,6
0
0,01
0,28
84,81

0,21
100
4
Lỗ
19,55
1,5
0,34
0
0,11
0,15
78,25
0,1
100

HCl 1N +
3gl TDC -
Sau rửa lần
2 (rửa
màng)
1’
Toàn bề
mặt


0,38
0,04
0,03
0,08
99,18
0,29

100
3’
Vùng sáng
0,25

0,31


0,1
98,91
0,43
100
4’
Lỗ
2,55

0,18


0,25
96,88
0,15
100


19

Khi ngâm trong axit HCl 1N, bề mặt thép sau rửa lần 1 ngoài sự xuất hiện của các
nguyên tố C, Si, S, Cr, Cu và Fe là thành phần của thép cacbon (như đã trình bày trong
bảng 2.1), còn thấy sự có mặt của các nguyên tố O và Cl. Sự xuất hiện của O và Cl ở

đây là do các nguyên tố này nằm trong sản phẩm của quá trình ăn mòn thép (FeCl
2
,
FeClOH) [19, 43]. Điều này được chứng tỏ qua các số liệu ở vị trí lỗ (4) với hàm lượng
O (5,79%) và Cl (0,12%) cao hơn so với các vị trí khác. Có thể thấy, hàm lượng O và
Cl trên màng bề mặt thép trong axit trống nhìn chung giảm đi sau khi rửa màng và chủ
yếu tồn tại trong các lỗ ăn mòn (vùng 4’), chứng tỏ hàm lượng O và Cl tồn tại chủ yếu
trong các sản phẩm ăn mòn thép trong dung dịch axit.
Đối với dung dịch axit có 3 g/L TDC, hàm lượng C và O trên màng bề mặt thép
(sau rửa lần 1) lớn hơn rất nhiều so với trong axit không có ức chế. Hàm lượng lớn
C và O trên màng có thể một phần là sản phẩm ăn mòn và phần chủ yếu là do các
thành phần hợp chất hữu cơ có mặt trong TDC đã hấp phụ lên bề mặt thép. Đáng
chú ý là hàm lượng C trên tất cả các vùng của bề mặt thép sau rửa lần 1 (trên màng)
cao hơn hẳn (tương ứng là hàm lượng Fe thấp hơn hẳn) so với sau rửa lần 2 (rửa
màng), đặc biệt là trên vùng tối (vùng 2 với 40,78% C và 55,49% Fe) và trong lỗ
(vùng 4). Hàm lượng lớn C trên màng chứng tỏ màng hấp phụ trên bề mặt thép có
những vị trí khá dày và che phủ phần lớn bề mặt kim loại. Ngoài ra, thành phần bề
mặt mẫu sau rửa lần 1 còn xuất hiện nguyên tố Cl (với hàm lượng cao nhất ở vùng
2). Hàm lượng Cl trong màng cao có thể do tác dụng cộng hợp của TDC với hợp
chất halogen đã làm tăng sự hấp phụ của chúng lên bề mặt kim loại. Bề mặt mẫu
thép trong HCl khi có TDC sau rửa màng (vùng 1’, 3’ và 4’) gần như chỉ xuất hiện
các nguyên tố chính trong thành phần thép, là bằng chứng cho thấy bề mặt thép đã
được bảo vệ khỏi ăn mòn trong dung dịch axit HCl.
Như vậy, kết quả phân tích SEM-EDX đã chứng tỏ: sự tồn tại màng hấp phụ TDC trên
bề mặt thép khi thép tiếp xúc với axit HCl 1N có TDC. Các thành phần trong TDC đã
hấp phụ lên bề mặt thép thông qua các nguyên tố như C và O để hình thành màng hấp
phụ, ngăn cản sự tấn công của các tác nhân gây ăn mòn từ dung dịch axit vào bề mặt
kim loại. Qua đó TDC đã ức chế quá trình ăn mòn thép.
3.3.3.2. Phân tích, đánh giá thành phần màng hấp phụ hình thành trên bề mặt thép
Thành phần hóa học các chất có mặt trong TDC được xác định bằng phương

pháp phân tích sắc ký khí khối phổ GC-MS cho thấy gồm 29 chất với hàm lượng cao
nhất là D-limonene chứa 2 liên kết C=C (chiếm 92,85%), còn lại là các tecpen, các
hợp chất hữa cơ có chứa C, H (và O). Công thức cấu tạo của các thành phần này có
các nhóm chức C=C, C=O, O-H, -O- và vòng,
Phổ hồng ngoại FTIR (hình 3.29) được chụp trên bề mặt thép sau khi ngâm 24h
trong axit HCl 1N có 3g/L TDC ở 25
o
C để xem xét sự hình thành màng hấp phụ trên
thép bởi TDC. Trên phổ FTIR xuất hiện pic của liên kết C=C ở số sóng 1629,1cm
-1
và pic của liên kết C=O ở số sóng 1763,6cm
-1
. Ngoài ra còn có liên kết C-H ở 2959,7
và 2924,3cm
-1
. Đỉnh pic ở số sóng 3188,7cm
-1
đặc trưng cho liên kết của nhóm O-
H, pic 1440,8cm
-1
đặc trưng cho liên kết =C-H, 1085,4 và 1023,9cm
-1
là của liên kết
C-O-C; 764,1cm
-1
là của liên kết =C-H ở vòng thơm. Như vậy, thành phần màng hấp

20

phụ trên bề mặt thép là các hợp chất gồm các liên kết C=O, C=C, C-H, O-H, –C=CH

ở vòng thơm và C-O-C trong phân tử.
Hình 3.29 - Phổ hồng ngoại FTIR màng bề mặt thép được ngâm trong HCl 1N có 3 g/L
TDC sau 24h ở 25
o
C
Theo một số nghiên cứu trước đây, tác dụng ức chế ăn mòn thép trong axit HCl
là do Limonene, nhưng theo các kết quả nghiên cứu của chúng tôi thì thành phần
trong TDC đóng vai trò hấp phụ trên bề mặt thép, ức chế ăn mòn thép trong môi
trường axit không chỉ có Limonene mà còn có các hợp chất khác mà trong thành
phần của nó có chứa các liên kết như C=O, C=C, C-H, O-H, –C=CH ở vòng thơm
và C-O-C trong phân tử. Ngoài ra, các hợp chất hữu cơ trong môi trường axit có thể
bị axit hóa hoặc có phản ứng hình thành các sản phẩm phụ hoặc các sản phẩm trung
gian mà các sản phẩm này cũng có thể đóng vai trò như chất ức chế thứ cấp đối với
ăn mòn thép trong axit.
Tóm lại, các hợp chất đóng vai trò hấp phụ lên bề mặt kim loại có thể chính là
các thành phần có mặt trong TDC và /hoặc bởi sản phẩm phản ứng của chúng trong
môi trường axit. Các hợp chất này có chứa các liên kết C=O, C=C, C-O-C, O-H, –
C=CH và C-H trong phân tử.
3.3.4. Đề xuất cơ chế ức chế của TDC
- Qua đường cong phân cực và phổ tổng trở điện hóa của thép trong axit HCl 1N
khi không và khi có TDC cũng như các thông số điện hóa của thép cho thấy TDC
hoạt động như một chất ức chế hỗn hợp đối với quá trình ăn mòn thép trong axit
HCl. Khả năng ức chế ăn mòn của TDC có thể là do sự hấp phụ các thành phần trong
TDC lên bề mặt thép.

21

- Kết quả nghiên cứu SEM-EDX chỉ ra rằng, sự hình thành màng trên bề mặt
thép trong axit HCl có ức chế TDC là nhờ sự hấp phụ thành phần các hợp chất của
TDC chứa các nguyên tố C và O lên bề mặt thép.

- Theo kết quả phân tích phổ FTIR và GC-MS, các hợp chất đóng vai trò hấp phụ
lên bề mặt kim loại có thể chính là các thành phần có mặt trong TDC như D-limonene
và /hoặc bởi sản phẩm phản ứng của chúng trong môi trường axit. Các hợp chất này
có chứa các liên kết C=O, C=C, C-O-C, O-H và C-H trong phân tử.
- Kết quả tính toán các thông số nhiệt động của quá trình ăn mòn và hấp phụ cho
thấy: TDC đã ngăn cản quá trình ăn mòn thông qua sự hấp phụ lên bề mặt kim loại và
thay thế các phân tử nước trên bề mặt kim loại, làm phản ứng ăn mòn xảy ra khó khăn
hơn. Quá trình hấp phụ của TDC là hấp phụ vật lý và tự diễn biến.
Từ đây có thể mô phỏng sự hấp phụ của TDC lên bề mặt kim loại thông qua hấp
phụ của hợp chất Limonene và một số hợp chất khác có liên kết đặc trưng như C=C
và C=O (hình 3.30). Trên hình là mô hình hấp phụ của hợp chất limonene (3.30a)
thông qua sự hấp phụ của hai liên kết C=C ở vị trí cacbon 3-4 và 8-9 với bề mặt thép;
và một số liên kết đặc trưng như C=C và C=O trong thành phần TDC hấp phụ lên
bề mặt thép (hình 3.30b).

Tóm lại, TDC là chất ức chế hỗn hợp, có tác dụng hiệu quả đối với quá trình ăn
mòn thép trong môi trường axit HCl theo cơ chế hấp phụ. Các hợp chất đóng vai trò
hấp phụ lên bề mặt kim loại có thể chính là các phần có mặt trong TDC (như
limonene và các hợp chất khác) và / hoặc các sản phẩm phản ứng của chúng hình
thành trong môi trường axit. Các hợp chất này trong phân tử có chứa các liên kết
C=O, C=C, C-O-C, O-H và C-H. Quá trình hấp phụ của TDC là quá trình tự diễn
biến, hấp phụ vật lý và có sự tương tác của các chất bị hấp phụ với nhau.

3.4. Khảo sát hiệu quả ức chế của TDC khi thay đổi gốc axit và so sánh với chất
ức chế truyền thống
3.4.1. Ảnh hưởng của gốc axit đến khả năng ức chế ăn mòn của thép trong môi
trường axit
Ngoài axit HCl, axit H
2
SO

4
cũng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa
chất. Do vậy, axit H
2
SO
4
hay gốc SO
4
2-
được lựa chọn thí nghiệm với mục đích so
sánh. Ảnh hưởng của gốc axit đến khả năng ức chế ăn mòn thép bởi TDC được nghiên
a) Limonene b) Một số liên kết đặc trưng trong TDC




Hình 3.30 - Mô hình hấp phụ của TDC lên bề mặt kim loại
Nền thép
Nền thép

22

cứu trong axit HCl và
H
2
SO
4
ở cùng pH hay cùng
nồng độ ion H
+

(1N) bằng
các phương pháp điện hóa
và tổn hao khối lượng.
Kết quả tốc độ ăn mòn
thép và hiệu quả ức chế của
TDC trong hai môi trường
sau 1h và 24h được trình
bày trên bảng 3.16. Tốc độ
ăn mòn thép trong axit
H
2
SO
4
nhỏ hơn trong axit HCl sau cả 1h và 24h.
Điều này là do sự ăn mòn thép trong axit HCl ngoài xảy ra trên bề mặt thép, còn xảy
ra tại các lỗ ăn mòn do sự có mặt của ion Cl
-
. Tuy nhiên khi có TDC, tốc độ ăn mòn
thép trong axit H
2
SO
4
lớn hơn trong axit HCl sau 1h. W
corr
trong cả hai dung dịch
xấp xỉ nhau sau 24h ngâm mẫu. Hiệu quả ức chế ăn mòn thép bởi TDC trong HCl cao
hơn trong H
2
SO
4

ở cả 1h và 24h. Điều này có thể giải thích là do các ion Cl
-
có xu
hướng hấp phụ mạnh hơn so với các
ion SO
4
2-
và ảnh hưởng tĩnh điện đến sự
hấp phụ chất ức chế có thể là lý do làm
tăng tác dụng bảo vệ của chất ức chế
trong dung dịch có chứa halogen. Hơn
nữa sự can thiệp ít hơn của các ion
SO
4
2-
với các cation H
+
bị hấp phụ có
thể dẫn đến sự hấp phụ thấp hơn [94].
Vì vậy, hấp phụ của TDC trên bề mặt
thép trong axit HCl 1N là mạnh hơn so
với trong axit H
2
SO
4
, dẫn đến hiệu quả
ức chế trong HCl cao hơn trong H
2
SO
4

.
Ảnh SEM (hình 3.33) cho biết bề
mặt thép trong axit HCl bị ăn mòn lỗ
mạnh với nhiều lỗ lớn, trong khi là ăn
mòn đều mạnh trong H
2
SO
4
. Khi có
mặt TDC, bề mặt thép trong cả hai axit
đều ít bị ăn mòn hơn so với trong các
axit trống tương ứng, chứng tỏ TDC có
tác dụng ức chế ăn mòn hiệu quả trong cả hai môi trường. Như vậy, sự hấp phụ của
TDC chịu ảnh hưởng bởi trạng thái các anion trong dung dịch axit hay chịu ảnh hưởng
bởi gốc axit.


Bảng 3.16 - Ảnh hưởng của gốc axit đến tổn hao khối
lượng thép và hiệu quả ức chế ăn mòn bởi TDC


Hình 3.33 - Ảnh hưởng của gốc axit đến
hình thái bề mặt thép sau 1h
Dung dịch
Thời gian

C
TDC
(g/L)
1h

24h
W
corr
(mg/cm
2
.h)
H
W

(%)
W
corr

(mg/cm
2
.h)
H
W

(%)
HCl 1N
0
0,3098
-
0,4817
-
3
0,0570
81,6
0,0249

94,8
H
2
SO
4
1N
0
0,2313
-
0,3130
-
3
0,0616
73,7
0,0234
92,5

a)


Mẫu trước thí nghiệm
b)



HCl 1N
H
2
SO
4

1N
c)



HCl 1N + 3 g/L TDC
H
2
SO
4
1N + 3 g/L TDC


23

3.4.2. Nghiên cứu so sánh khả năng ức chế ăn mòn thép bởi TDC trong axit HCl
1N với chất ức chế truyền thống urotropine (URO)
Nghiên cứu này nhằm mục đích so sánh khả năng ức chế ăn mòn thép trong axit
HCl 1N bởi ức chế TDC ở nồng độ tối ưu 3 g/L với chất ức chế truyền thống
urotropin (URO) với nồng độ được khuyến nghị sử dụng theo tiêu chuẩn (3,5 g/L).
Nghiên cứu sử dụng các phép đo điện hóa, tổn hao khối lượng và ảnh SEM ở 25
o
C.
Kết quả phân tích đường cong phân cực (hình 3.34) và phổ EIS (hình 3.35) chỉ
ra rằng, khi có mặt chất ức chế TDC và URO trong axit HCl, i
c
của thép đều giảm
đáng kể và tương ứng là R
ct
tăng đáng kể so với trong axit không có ức chế.

Hình 3.34 - Đường cong phân cực của thép
trong axit HCl 1N không và có TDC hoặc
URO ở nồng độ tối ưu
Hình 3.35 - Phổ Nyquist của thép trong
HCl 1N có TDC hoặc URO với nồng độ tối
ưu
Hình 3.36 là đồ thị hiệu quả ức chế ăn
mòn thép H
w
của TDC so với URO ở các
thời gian khác nhau. Nhìn chung, hiệu quả
ức chế của TDC tương đương so với URO
và đều có xu hướng tăng nhẹ theo thời gian,
đạt ổn định khoảng 90% sau 6h ngâm mẫu.
Như vậy, TDC có tác dụng ức chế ăn
mòn hiệu quả, ổn định và tương đương so
với chất ức chế truyền thống urotropin ở
điều kiện nghiên cứu, vì thế có thể ứng dụng
trong thực tế để thay thế những hợp chất ức
chế truyền thống độc hại.
KẾT LUẬN
1. Các tinh dầu chiết xuất từ vỏ quả họ cam Việt Nam có khả năng ức chế ăn mòn
thép trong môi trường axit. Tinh dầu BNR và TDC có hiệu quả ức chế trên 80%.
2. TDC là chất ức chế hỗn hợp đối với ăn mòn thép trong axit HCl 1N. Nồng độ ức
chế tối ưu của TDC là 3 g/L tương ứng với hiệu quả ức chế trên 90%. Hiệu quả ức
chế ổn định theo thời gian (kể từ 5 phút ngâm mẫu) và trong khoảng nồng độ axit
0,5-2N. TDC có khả năng ức chế ăn mòn đều và đặc biệt hiệu quả với ăn mòn lỗ
cho thép trong môi trường axit.
-0.7
-0.6

-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
0.0000001 0.00001 0.001 0.1
E (V. vs Ag/AgCl)
Lg i (A/cm
2
)
HCl 1N
HCl 1N + 3 g/l TDC
HCl 1N + 3.5 g/l URO
Hình 3.36 - Hiệu quả ức chế của TDC so
với chất ức chế truyền thống urotropin ở
nồng độ tối ưu theo thời gian