TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(40).2010
77
NGHIÊN CỨU SỰ ỨC CHẾ ĂN MÒN THÉP CT3 TRONG DUNG DỊCH
NaCL VÀ SỬ DỤNG LÀM LỚP LÓT MÀNG SƠN CỦA HỢP CHẤT
POLYPHENOL TÁCH TỪ VỎ CÂY ĐƯỚC
A STUDY ON THE CORROSION INHIBITION OF CT3 STELL IN THE NACL
SOLUTION AND PRIMER OF PAINTING FILM OF POLYPHENOL EXTRACTED
FROM MANGROVE BARK
Lê Tự Hải
Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng
TÓM TẮT
Polyphenol được tách ra từ vỏ cây Đước ở Quảng Nam và được định lượng bằng
phương pháp Lowenthal. Các nhóm chức của polyphenol được xác định bằng phương pháp
quang phổ hồng ngoại (IR). Tính chất ức chế ăn mòn thép CT3 và lớp lót cho màng sơn của
polyphenol tách từ vỏ đước được nghiên cứu trong dung dịch NaCl 3,5% bằng phương pháp
phân cực điện hóa trên thiết bị PGS-HH3. Kết quả nghiên cứu đã tìm được điều kiện tối ưu để
tách polyphenol từ vỏ đước với hàm lượng 13,51% và hiệu quả ức chế ăn mòn kim loại phụ
thuộc vào nồng độ polyphenol.
ABSTRACT
Polyphenol was extracted from mangrove bark in Quang Nam and then it was
quantified by the Lowenthal method. The function groups of polyphenol were determined by
infrared spectroscopy (IR spectroscopy). The inhibitive behaviour on the CT3 steel and the
painting film primer of polyphenol in aerated solution of 3.5% NaCl have been studied by the
electrochemical method using the Potentiondyamic program on the PGS-HH3 equipment. As a
result, we found the optimal conditions to extract polyphenol from the mangrove bark with a
13.51% content and the inhibition efficiency was dependent on the concentration of polyphenol.
1. Mở đầu
Nghiên cứu ăn mòn kim loại và tìm ra giải pháp chống ăn mòn kim loại đã, đang
và sẽ là vấn đề được nhiều nhà khoa học quan tâm. Một số chất ức chế truyền thống như
cromat, photphat đã được sử dụng từ lâu trong các ngành công nghiệp. Tuy nhiên, do
tính chất độc hại với môi trường nên việc sử dụng các chất ức chế này đã được khuyến
cáo và hạn chế sử dụng trong chống ăn mòn kim loại. Ngày nay với xu thế phát triển
bền vững, nên việc tìm kiếm các chất ức chế không độc hại, thân thiện với môi trường
được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Đặc biệt là các chất có sẵn trong tự nhiên.
Trong các chất ức chế đó thì tanin, một hợp chất polyphenol được tách ra từ các loài
thực vật, được các nhà khoa học về ăn mòn kim loại quan tâm nghiên cứu. Một số công
trình nghiên cứu cho thấy hiệu quả bảo vệ của lớp phủ tanin trong ức chế ăn mòn kim
loại và tanin được xem là “chất ức chế xanh”, “chất ức chế thân thiện môi trường”
trong chống ăn mòn kim loại [1, 2, 3]
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(40).2010
78
Nước ta là nước nhiệt đới với nhiều loại thực vật có chứa polyphenol (tanin) như
chè xanh, keo lá tràm, thông, đước… Đặc biệt, rừng đước ở các tỉnh ven biển Miền
Trung và Cà Mau rất lớn. Tuy nhiên, trong thực tế người dân chỉ sử dụng cây đước để
lấy gỗ và đốt củi lấy than. Một lượng lớn vỏ có chứa polyphenol không được sử dụng.
Vì vậy, việc nghiên cứu chiết tách polyphenol từ vỏ đước và ứng dụng polyphenol làm
chất ức chế xanh, thân thiện môi trường trong chống ăn mòn kim loại sẽ có ý nghĩa lớn
về mặt khoa học và thực tiễn.
Trong công trình này, chúng tôi trình bày kết quả nghiên cứu quá trình chiết tách
polyphenol từ vỏ đước và ứng dụng làm chất ức chế ăn mòn kim loại thép CT3 trong
dung dịch NaCl 3,5%; cũng như làm lớp lót cho màng sơn.
2. Nguyên liệu và phương pháp thực nghiệm
Nguyên liệu là vỏ cây Đước ở vùng ven biển Hội An – Quảng Nam và được rửa
sạch, thái nhỏ bằng dao kim loại không gỉ, sấy ở 800C cho đến khô và xay thành bột
mịn. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết tách polyphenol được nghiên cứu như: tỉ
lệ dung môi - nguyên liệu, thời gian, nhiệt độ, tỉ lệ dung môi nước : etanol. Định lượng
polyphenol thu được trong dịch chiết bằng phương pháp Lowenthal [4]. Các nhóm chức
có trong polyphenol tách ra từ vỏ đước được xác định bằng phương pháp quang phổ
hồng ngoại (IR)
Tính chất ức chế ăn mòn kim loại của polyphenol được nghiên cứu bằng phương
pháp đo đường cong phân cực potentiodynamic trên thiết bị PGS - HH3. Điện cực làm
việc là thép CT3 có diện tích bề mặt 1 cm2, phần còn lại được bọc nhiều lớp nhựa epoxy
chồng lên nhau để cách ly môi trường. Điện cực so sánh là Ag,AgCl / Cl- và điện cực
đối là Platin (Pt). Dung dịch ăn mòn là NaCl 3,5%.
3. Kết quả và thảo luận
3.1. Điều kiện tối ưu cho quá trình chiết tách polyphenol từ vỏ đước
Ảnh hưởng của các yếu tố như tỉ lệ nguyên liệu vỏ : dung môi; thời gian chiết,
nhiệt độ; tỉ lệ etanol : nước đến quá trình chiết tách polyphenol từ vỏ cây đước đã được
nghiên cứu và tìm được điều kiện tối ưu như sau: nguyên liệu ở dạng bột, tỉ lệ rắn / lỏng
là 1g : 60ml, nhiệt độ 800C, thời gian chiết 60 phút, và tỉ lệ etanol : nước = 50 : 50
(v/v). Hàm lượng polyphenol thu được là 13,51% so với lượng nguyên liệu khô.
3.2. Phân tích sản phẩm polyphenol bằng phổ hồng ngoại (IR)
Tiến hành tách polyphenol bằng cách xử lí dung dịch sau khi chiết với clorofom
để loại tạp chất sau đó cho qua phễu chiết để loại tướng clorofom, dịch chiết còn lại
đem cất đến khô. Kết quả đo phổ hồng ngoại được trình bày ở hình 1.
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(40).2010
79
4000 .0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 500.0
0.1
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
21.3
cm-1
EGY
3399.67,0.3 9
1611.09,1.6 5
1526.41,7.7 8
1448.77,3.8 1
1051.15,1.8 5
823.10, 12.0
6
551.13, 17.3 1
Hình 1. Phổ hồng ngoại của polyphenol tách từ vỏ đước
Kết quả phân tích phổ hồng ngoại cho thấy xuất hiện các pic dao động đặc trưng
của nhóm –OH (3400 cm-1), vòng benzen (1615), C=O (1521), C=C (1448), =C-O-C
(1285), -C-O-C (1051).
3.3. Tính chất ức chế ăn mòn kim loại trong môi trường NaCl 3,5% của polyphenol
tách từ vỏ cây đước
3.3.1. Ảnh hưởng của thời gian ngâm thép trong dung dịch đến khả năng ức chế ăn mòn
Điện cực được ngâm trong dung dịch polyphenol 100mg/l với các thời gian khác
nhau là 10, 20, 30, 40, 50, 60 và 70 phút. Sau đó tiến hành đo đường cong phân cực
trong dung dịch NaCl 3,5%.
Kết quả xử lí các đường cong phân cực được trình bày ở bảng 1.
Bảng 1. Giá trị dòng ăn mòn (Icorr) và hệ số tác dụng bảo vệ Z (%) theo thời gian ngâm thép trong
dung dịch polyphenol 100mg/l
STT Thời gian ngâm (phút) Icorr (mA/cm2) Z (%)
1 0 6,5714E-0001 0
2 10 5,6310E-0001 14,31
3 20 4,7253E-0001 28,09
4 30 4,1501E-0001 36,84
5 40 3,4670E-0001 47,24
6 50 3,0135E-0001 54,14
7 60 2,9512E-0001 55,09
8 70 2,9465E-0001 55,10
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(40).2010
80
Như vậy, từ bảng 1 ta thấy, khi ngâm thép vào dung dịch polyphenol thì tốc độ
ăn mòn thép giảm và thời gian ngâm tối ưu là 60 phút; vì sau 70 phút hệ số tác dụng bảo
vệ ăn mòn có tăng nhưng không đáng kể. Nguyên nhân ức chế ăn mòn thép CT3 của
polyphenol là do polyphenol có chứa nhóm –OH, -C=O ở vòng benzen, nên khi
polyphenol bị hấp phụ lên bề mặt thép thì các eletron chưa liên kết của các nhóm –OH,
–C=O có thể liên kết với các obitan d còn trống của sắt tạo thành lớp màng hoặc tạo
phức tanat dạng vòng càng với ion kim loại sắt và ngăn cách bề mặt thép với môi
trường ăn mòn. Các phản ứng ăn mòn sắt trong dung dịch có polyphenol (tanin) và cấu
tạo của một số phức Fe-tanat như sau [5]:
Fe + 3H+ + 1/2 O2 = Fe3+ + 3/2 H2O
Fe + 2H+ + 1/2 O2 = Fe2+ + H2O
Fe2+ + 1/2 O2 + H+ = Fe3+ + 1/2H2O
Tannin-OH + Fe3+ = (Tannin-O- Fe3+)2+ + H+ (4)
Tannin-2OH + Fe3+ = (Tannin-2O- Fe3+)+ + 2H+ (5)
Tannin-2OH + (Tannin-2O- Fe3+)+ = (2Tannin-4O- Fe3+)- + 2H+ (6)
R O
O
Fe
+
OH
OH
O
O
Fe
R
HO
O
R
O
-
3.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch polyphenol đến khả năng ức chế ăn mòn thép
CT3 trong môi trường NaCl 3,5%
Tiến hành đo đường cong phân cực của điện cực thép ngâm trong dung dịch
polyphenol với các nồng độ 50; 60; 70; 80; 90; 100; 110 trong thời gian 60 phút.
Kết quả xử lí đường cong phân cực được trình bày trong bảng 2.
Bảng 2. Giá trị dòng ăn mòn (Icorr) và hệ số tác dụng bảo vệ Z (%) theo nồng độ dung dịch polyphenol
STT Nồng độ Tanin (mg/l) Icorr (mA/cm2) Z (%)
1 0 6,5714E-0001 0
2 50 5,1370E-0001 21,82
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(40).2010
81
3 60 5,0241E-0001 23,54
4 70 3,4192E-0001 47,96
5 80 3,3520E-0001 48,99
6 90 3,2316E-0001 50,36
7 100 2,9512E-0001 55,09
8 110 2,9460E-0001 55,16
Như vậy, từ bảng 2 ta thấy khi nồng độ dung dịch polyphenol càng tăng thì hệ số
tác dụng bảo vệ càng lớn do lớp màng tạo ra trên bề mặt thép càng dày, cách li kim loại
tốt hơn với môi trường ăn mòn và nồng độ polyphenol tối ưu là 100mg/l.
3.4. Nghiên cứu sử dụng polyphenol tách từ vỏ cây đước làm lớp lót màng sơn
Điện cực thép CT3 được phủ ngoài một lớp sơn xịt áp suất, để khô trong khoảng
60 phút. Sơn xịt áp suất là hỗn hợp nhựa NC và acrylic Lacquer, phối hợp với chất tạo
màu.Độ bám dính của sơn trên thép CT3 có ngâm lót polyphenol tốt hơn thép CT3 chư
được ngâm polyphenol. Điện cực nghiên cứu được ngâm trong dung dịch NaCl 3,5%
và tiến hành đo đường cong phân cực sau 45 giờ. Kết quả đo đường cong phân cực
được trình bày ở hình 2 và 3.
U(V )
-0.3-0.35-0.4-0.45-0.5-0.55-0.6-0.65-0.7-0.75-0.8-0.85-0.9-0.95-1-1.05-1.1-1.15
Current (mA)
0
-1
Hình 2. Đường cong phân cực thép CT3 có phủ màng sơn khi không có lót polyphenol trong
dung dịch NaCl 3,5%