BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI
----------------------------------
LÊ VĂN KHỎE
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP MÀNG POLYPYRROLE VÀ
KHẢ NĂNG CHỐNG ĂN MÒN CHO
MỘT SỐ KIM LOẠI HOẠT ĐỘNG (Fe, Zn, Al)
Chuyên ngành : Hóa học hữu cơ
Mã số : 9.44.01.14
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC
HÀ NỘI – 2025
Công trình được hoàn thành tại:
Bộ môn Hóa Hữu cơ - Khoa Hóa học - Trường Đại học Sư phạm Hà Nội
Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Vũ Quốc Trung
2. PGS.TS. Ngô Xuân Lương
Phản biện 1: GS.TS. Phạm Quốc Long, Viện Hoá học các hợp chất thiên
nhiên, Viện Hàn lâm KH và CN Việt Nam.
Phản biện 2 PGS.TS. Trần Mạnh Trí, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại
học Quốc gia Hà Nội.
Phản biện 3: PGS.TS. Dương Quốc Hoàn, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội.
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường
họp tại Trường Đại học Sư phạm Hà Nội
vào hồi 08 giờ 00 ngày 20 tháng 2 năm 2025
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
Thư viện Quốc gia, Hà Nội
Hoặc Thư viện Trường Đại học Sư phạm Hà Nội
1
MỞ ĐẦU
Kim loại và hợp kim đều có nhiều tính chất cơ học, hóa học và vật lý rất quý báu đặc
biệt là các kim loại và hợp kim của nhôm, iron, kẽm… Vì vậy, chúng được dùng cho nhiều
ứng dụng và đóng vai trò chủ đạo ở hầu hết các lĩnh vực, như trong công nghiệp và trong
cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Kim loại có mặt trong tất cả các sản phẩm từ các thiết bị
phức tạp như máy bay, ô tô… cho đến những thứ đơn giản như đồ chơi, dụng cụ nấu ăn…
Tất cả các sản phẩm kim loại trong quá trình sử dụng đều tiếp xúc với không khí ẩm
ướt hoặc các môi trường gây ăn mòn mạnh khác như nước biển, acid,… Vì vậy, quá trình ăn
mòn trên bề mặt kim loại luôn xảy ra. Do đó, việc kiểm soát và hạn chế ăn mòn kim loại có
ý nghĩa và tầm quan trọng rất lớn trên toàn thế giới, nhất là ở các khu vực có vùng biển dài
như ở Việt Nam. Thực tế, có nhiều cách để bảo vệ và ngăn cản sự ăn mòn như: phương
pháp bảo vệ cathode, bảo vệ anode, sử dụng các chất ức chế ăn mòn, tạo thành chất không
tan trên bề mặt kim loại và làm thành lớp thụ động, sơn lớp phủ hữu cơ lên bề mặt kim
loại… Phương pháp hữu hiệu được sử dụng chủ yếu là tạo ra các lớp phủ chống ăn mòn,
hình thành một lớp rào cản để ngăn cản sự tiếp xúc giữa kim loại cần bảo vệ với môi trường
ăn mòn. Thực tế lớp phủ chromium có tác dụng ức chế ăn mòn rất tốt. Tuy nhiên đa số hợp
chất chứa chromium trong lớp phủ khi bị rửa trôi đều gây ra thiệt hại và ảnh hưởng nghiêm
trọng đến môi trường điều đó đã khuyến khích các nhà khoa học không ngừng nghiên cứu
để tìm ra các hợp chất chống ăn mòn thân thiện với môi trường hơn. Trong những năm gần
đây, có rất nhiều loại vật liệu mới đã được nghiên cứu và sử dụng để khắc phục tình trạng
trên, trong đó polymer dẫn điện liên hợp đã được quan tâm và nghiên cứu rộng rãi nhờ đặc
tính không độc hại, thân thiện với môi trường, độ ổn định cao và dễ tổng hợp, là lớp phủ
triển vọng nhất để bảo vệ và hạn chế tối đa quá trình ăn mòn kim loại công nghiệp. Có rất
nhiều công trình công bố trong các năm từ 2018 - 2023 đã chứng tỏ điều này. Đặc biệt với
lớp phủ PPy hướng nghiên cứu làm lớp phủ chống ăn mòn, thay thế cho lớp phủ chứa
chromium mang tính thời sự cao, còn nhiều vấn đề cần tiếp tục làm rõ.
Từ những phân tích ở trên đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp màng PPy và khả năng
chống ăn mòn cho một số kim loại hoạt động (Fe, Zn, Al)” được lựa chọn làm đề tài
nghiên cứu của luận án.
Mục tiêu của luận án
Tổng hợp thành công màng PPy trên nền các kim loại thép carbon thấp (PPy/Fe), Zn
(PPy/Zn), Al (PPy/Al) với hệ anion ức chế ăn mòn thích hợp. Xác định đặc trưng và cấu
trúc của màng PPy pha tạp anion trên nền các kim loại hoạt động bằng các phương pháp ảnh
SEM, phổ hồng ngoại, phổ Raman. Đánh giá khả năng bảo vệ chống ăn mòn của màng PPy
sau khi được pha tạp trên nền kim loại Fe, Al, Zn. Đưa ra cơ chế phù hợp về tác dụng bảo
vệ chống ăn mòn của màng PPy pha tạp anion. Nghiên cứu và lựa chọn được điều kiện thích
hợp để tổng hợp thành công nanocomposite gốc PPy được pha tạp cả salicylate/molybdate
2
và graphene oxide (GO) dưới dạng lớp phủ nano trên nền thép carbon thấp. Tổng hợp, và
nghiên cứu khả năng bảo vệ chống ăn mòn của các màng sơn chứa nanocomposite PPy/SiO2
pha tạp 3-Nisa trên nền nhôm.
Nội dung của luận án
Mở đầu: Giới thiệu chung và mục tiêu của luận án
Tổng quan luận án: Tổng quan các vấn đề về lịch sử ra đời và tính chất cơ bản của
polymer dẫn, các phương pháp điều chế và các ứng dụng của nó trong bảo vệ chống ăn mòn
kim loại hoạt động. Chủ yếu là các công trình sử dụng PPy được tổng hợp trong các môi
trường có nước và không có nước.
Điều kiện thực nghiệm: Các phương pháp xác định hình thái cấu trúc, thành phần
cấu tạo, độ bền nhiệt của màng PPy như: kính hiển vi điện tử quét (SEM), phân tích nhiệt
(TGA), tán xạ tổ hợp (Raman), phổ hồng ngoại (FTIR), tán xạ tia X theo năng lượng
(EDX). Các phương pháp điện hóa để tổng hợp và nghiên cứu quá trình ăn mòn như: Dòng
không đổi, thế không đổi, đo phổ CV, thế mạch hở theo thời gian (OCP), đường cong phân
cực Tafel (IE), Phổ tổng trở (EIS). Phương pháp phun mù muối.
Kết quả và thảo luận: Từ các kết quả thu được từ thực nghiệm, sử dụng phương
pháp nghiên cứu nêu ở trên đã tiến hành phân tích, đánh giá về hình thái cấu trúc của các
màng PPy, khả năng bảo vệ, tự bảo vệ chống ăn mòn của màng PPy.
Kết luận: Nêu những kết quả chính đạt được.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Hầu hết các sản phẩm kim loại đều bị ăn mòn trong quá trình sử dụng do tiếp xúc với
không khí ẩm ướt hoặc các môi trường ăn mòn mạnh khác như nước biển, acid,… Vì vậy
các nhà khoa học đang hết sức nổ lực để kiểm soát và hạn chế ăn mòn kim loại. Lớp phủ
chromium có tác dụng ức chế ăn mòn rất tốt. Tuy nhiên đa số hợp chất chứa chromium trong
lớp phủ khi bị rửa trôi đều gây ra thiệt hại và ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường. Lớp
phủ polymer dẫn điện liên hợp đã được quan tâm và nghiên cứu rộng rãi nhờ đặc tính không
độc hại, thân thiện với môi trường, độ ổn định cao và dễ tổng hợp, là lớp phủ triển vọng
nhất để bảo vệ và hạn chế tối đa quá trình ăn mòn kim loại công nghiệp. Trong đó lớp phủ
PPy nổi lên với nhiều ưu điểm hơn so với lớp phủ của polymer dẫn khác. Do vậy Tổng hợp
thành công màng PPy trên nền các kim loại thép carbon thấp (PPy/Fe), Zn (PPy/Zn), Al
(PPy/Al) với hệ anion ức chế ăn mòn thích hợp có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.
Những đóng góp mới của luận án
Việc tổng hợp thành màng PPy trên nền thép carbon thấp với việc sử dụng đồng thời
anion pha tạp là salicylate và molybdate đã nâng cao hiệu suất bảo vệ kim loại so với màng
khi không sử dụng hoặc chỉ sử dụng một anion pha tạp như salicylate, molybdate.
3
Tổng hợp thành công màng PPy trên nền kim loại nhôm đặc biệt là trên nền kim loại
kẽm với anion pha tạp 3-Nisa, với anion pha tạp 3-Nisa đã làm tăng tác dụng bảo vệ chống
ăn mòn cho hai kim loại này, kết quả đo OCP cho thời gian bào vệ tới hơn 300 giờ lớn hơn
nhiều so với việc sử dụng các anion pha tạp khác được công bố trước đó.
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về polymer dẫn
1.1.1. Lch s ra đời polymer dẫn
1.1.2. Cấu trúc điện t và sự dẫn điện của polymer dẫn
1.1.3. Đặc điểm của polymer dẫn
1.1.4. Các phương pháp tổng hợp polymer dẫn
1.2. Polypyrrole(PPy)
1.2.1. Tính chất của PPy
1.2.2. Phương pháp tổng hợp PPy
1.3. Khả năng bảo vệ chống ăn mòn của PPy
1.3.1. Giới thiệu chung về ăn mòn
1.3.2. Cơ chế bảo vệ chống ăn mòn kim loại bằng polymer dẫn
1.3.3. Vai trò của anion tạp chất
1.3.4. Những nghiên cứu hiện tại về tổng hợp và bảo vệ chống ăn mòn của PPy
Nhận xét: Có thể nhận thấy rằng, nghiên cứu màng PPy với mục đích chống ăn mòn
kim loại được quan tâm nhiều trên thế giới cũng như tại Việt Nam. Các nghiên cứu đều đi
theo hướng tạo màng với sự hỗ trợ của các anion pha tạp như oxalate, salicylate,
dodecylsulfonate... đã nâng cao được khả năng bảo vệ chống ăn mòn cho màng PPy. Tuy
nhiên, số lượng các công trình công bố của các nhóm nghiên cứu lại tập trung nhiều vào
nên kim loại iron với việc sử dụng đơn lẻ các ion pha tạp dẫn đến thời gian bảo vệ của
màng PPy chưa lâu. Các công trình nghiên cứu cho các nền kim loại hoạt động khác như
nền kẽm, nhôm chưa nhiều. Việc tìm ra các anion pha tạp mới để nâng cao khả năng bảo vệ
chống ăn mòn của màng PPy cho các kim loại hoạt động cần phải tiếp tục nghiên cứu. Do
vậy, luận án này sẽ tập trung nghiên cứu và phát triển lớp phủ PPy có pha tạp các anion
phù hợp nhằm nâng cao khả năng bảo vệ cho nền kim loại iron và đặc biệt cho các nền kim
loại nhôm và kẽm.
