Khảo sát khả năng ức chế ăn mòn thép ct3 của bốn dẫn xuất amit từ axit béo tổng hợp c8/c18

624 T¹p chÝ Hãa häc, T. 45 (5), Tr. 624 - 627, 2007 KH¶O S¸T KH¶ N¨NG øC CHÕ ¡N MßN THÐP CT3 cña bèn DÉN XUÊT AMIT tõ AXIT BÐO Tæng hîp C8÷C18 §Õn Tßa so¹n 20-7-2007 §inh V¨n Kha1, NguyÔn ThÕ Nghiªm1, Ng« ThÞ ThuËn2, Lª Xu©n QuÕ3 1Trung T©m Khoa häc Kü thuËt & C«ng nghÖ Qu©n sù 2Tr,êng §¹i häc KHTN, §¹i häc Quèc gia H1 Néi 3ViÖn Kü thuËt NhiÖt ®íi, H1 Néi Summary Inhibition ability of mild steel corrosion of 4 amides (RCONH2 (marked as A4), RCONH– CH2–CH2OH (marked as A5), RCON(CH2–CH2OH)2 (marked as 6b) and RCONH–(CH2)2–NH– COR (marked as 7c) prepared as derivatives from aliphatic acid oxidatively synthesized from n- paraffin of Vietnam crude oil, has been examined by electrochemical methods. The corrosion test has been performed in chloride 3% solution at room temperature. The inhibition efficiency has been evaluated through corrosion potential Ecor, corrosion current icor and some other corrosion parameters. It is found that derivative 7c has the best inhibition ability. I - Giíi thiÖu Tæng hîp v kh¶o s¸t chÊt øc chÕ ¨n mßn ® ®îc nhiÒu t¸c gi¶ nghiªn cøu v ng y c ng ®îc quan t©m ph¸t triÓn ë níc ta [1 - 3]. C¸c hîp chÊt chøa nit¬ nh c¸c amin, amit l nh÷ng hîp chÊt cã kh¶ n¨ng øc chÕ ¨n mßn kim lo¹i víi hiÖu qu¶ kh¸ cao [4]. C¸c hîp chÊt n y cã thÓ ®îc chÕ t¹o tõ c¸c axit bÐo, l nh÷ng chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt m¹nh cã kh¶ n¨ng øc chÕ ¨n mßn kim lo¹i ë møc ®é nhÊt ®Þnh. Kh¶ n¨ng øc chÕ b¶o vÖ chèng ¨n mßn cña chóng phô thuéc v o th nh phÇn v cÊu tróc ph©n tö, v× vËy thay ®æi nhãm thÕ, vÞ trÝ c¸c nhãm chøc cã thÓ c¶i t¹o ®¸ng kÓ ®Õn kh¶ n¨ng øc chÕ ¨n mßn kim lo¹i. Oxi hãa n-parafin dÇu th« ViÖt Nam thu ®îc axit bÐo RCOOH trong ®ã R cã sè nguyªn tö cacbon tõ 7 ÷17, tõ ®ã tiÕp tôc ph¶n øng amit hãa víi c¸c amin kh¸c nhau t¹o ®îc c¸c amit. Bèn dÉn xuÊt sau ®©y [5] ®îc tæng hîp: 1) Amit tõ axit bÐo v ure (kÝ hiÖu l A4): RCONH2 ; 2) Amit tõ axit bÐo v etanolamin (kÝ hiÖu l A5): RCONH–CH2–CH2OH ; 3) Amit tõ axit bÐo v dietanolamin (kÝ hiÖu l 6b) RCON(CH2–CH2OH)2 ; 4) Amit tõ axit bÐo v etylendiamin (kÝ hiÖu l 7c) RCO-NH-(CH2)2-NH-COR. Kh¶ n¨ng øc chÕ ¨n mßn nh«m v ®ång cña 4 dÉn xuÊt trªn ® ®îc kh¶o s¸t trong m«i trêng muèi NaCl 3% [6, 7]. KÕt qu¶ cho thÊy ®èi víi Al møc ®é øc chÕ ¨n mßn t¨ng theo thø tù 6b = 7c > A5 > A4, trong ®ã mÉu 7c cã hiÖu qu¶ øc chÕ cao nhÊt. §èi víi Cu møc ®é øc chÕ ¨n mßn t¨ng dÇn theo thø tù A5  A4 > 6b, trong ®ã mÉu A5 cã hiÖu qu¶ øc chÕ ®¹t tõ 80% ®Õn trªn 95%. B i b¸o n y ®Ò cËp ®Õn kÕt qu¶ ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng øc chÕ ¨n mßn thÐp x©y dùng CT-3 trong m«i trêng muèi NaCl 3% cña 4 dÉn xuÊt amit trªn ®©y. 625 II - Ph'¬ng ph¸p thùc nghiÖm Dung dÞch nghiªn cøu l níc muèi NaCl 3%. C¸c chÊt øc chÕ ®îc hßa trong dung dÞch ®o víi nång ®é cao nhÊt 1 g/l. C¸c phÐp ®o ®Òu ®îc thùc hiÖn t¹i nhiÖt ®é phßng. Kh¶ n¨ng øc chÕ ¨n mßn cña c¸c mÉu amit ®îc ®¸nh gi¸ b»ng ph¬ng ph¸p ®iÖn thÕ ¨n mßn Ecorr, dßng ¨n mßn icor, tæng trë ®iÖn hãa v ph©n cùc tõng nÊc (step polarisation) [9], sau ®©y gäi l ph©n cùc step. ThiÕt bÞ ®o l hÖ m¸y AUTOLAP 30. Kim lo¹i ®îc sö dông l m ®iÖn cùc nghiªn cøu l thÐp x©y dùng CT-3 th«ng dông. §iÖn cùc l m viÖc ®îc bäc epoxy chøa bÒ mÆt ho¹t hãa 2 cm2, ®îc ®¸nh bãng c¬ häc trªn giÊy nh¸m 600, 800, 1000, sau ®ã röa b»ng níc cÊt, etanol, thÊm kh« b»ng giÊy läc, v b¶o qu¶n trong b×nh hót Èm. B×nh ®o ®iÖn hãa l hÖ ba ®iÖn cùc, ®iÖn cùc calomen bo ho v ®iÖn cùc ®èi l Pt. III - KÕt qu¶ v0 th¶o luËn 1. §o ®iÖn thÕ ¨n mßn Ecor BiÕn thiªn ®iÖn thÕ ¨n mßn mÉu thÐp trong 1200 gi©y ®Çu ®îc giíi thiÖu trong h×nh 1. MÉu A0 ®èi chøng kh«ng cã chÊt øc chÕ, cã gi¸ trÞ Ecor thÊp nhÊt, tiÕp theo l ®Õn mÉu 7c v 6b. Thø tù gi¶m dÇn cña ®iÖn thÕ ¨n mßn l A4 = A5 > 6b > 7c > A0. VÒ mÆt nhiÖt ®éng häc [4, 8, 9] kh¶ n¨ng øc chÕ ¨n mßn cña c¸c dÉn xuÊt amit còng cã thÓ ®îc s¾p xÕp tu©n theo thø tù trªn ®©y. 0 400 800 1200 -580 -560 -540 -520 -500 -480 7c 6b A5 A4 A0 co r t, s H×nh 1: BiÕn thiªn ®iÖn thÕ ¨n mßn thÐp CT-3 trong dung dÞch nghiªn cøu Nh vËy tõ kÕt qu¶ ®o Ecor cho thÊy vÒ mÆt nhiÖt ®éng häc c¶ 4 mÉu ®Òu cã kh¶ n¨ng øc chÕ ¨n mßn clorua ®èi víi thÐp CT-3. 2. §o ph©n cùc tuyÕn tÝnh x¸c ®Þnh dßng ¨n mßn icor Ph©n cùc tuyÕn tÝnh x¸c ®Þnh dßng ¨n mßn icor ®îc chän víi vËn tèc quÐt 0,1 mV/s trong kho¶ng thÕ gÇn víi ®iÖn thÕ ¨n mßn Ecor (qu¸ thÕ  = ±20 mV). B»ng fitting víi phÇn mÒm GPES theo c«ng thøc Buttler-Volmer cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc dßng ¨n mßn icor v mét sè th«ng sè ®éng häc ¨n mßn kh¸c. §êng ph©n cùc tuyÕn tÝnh (d¹ng ®êng Tafel) cña mÉu thÐp trong dung dÞch nghiªn cøu ®îc giíi thiÖu trong h×nh 2. -580 -560 -540 -520 1E-8 1E-7 1E-6 1E-5 1E-4 Ct37c 6b 5A4A A0 i, A E, mV/SCE H×nh 2: §êng cong ph©n cùc d¹ng ®êng Tafel cña mÉu thÐp trong dung dÞch 3% NaCl, víi c¸c mÉu cã v kh«ng cã (A0) c¸c chÊt øc chÕ ¨n mßn amit HiÖu qu¶ øc chÕ ¨n mßn H ®îc tÝnh theo c«ng thøc: 100 0 0   =  corA icorcorA i ii H , % trong ®ã icorA0 l dßng ¨n mßn cña mÉu ®èi chøng, icor-i l dßng ¨n mßn ®o trong dung dÞch cã chÊt øc chÕ amit. BiÕn ®éng cña hiÖu qu¶ øc chÕ ¨n mßn H ®îc tr×nh b y cïng víi dßng ¨n mßn trong h×nh 3. KÕt qu¶ cho thÊy c¸c mÉu amit ®Òu øc chÕ ¨n mßn mÉu thÐp CT3 ë møc ®é kh¸c nhau, phï hîp víi kÕt qu¶ ®o Ecor. MÉu 6b v 7c cho dßng ¨n mßn nhá nhÊt. HiÖu qu¶ øc chÕ cao nhÊt ®¹t trªn 60% (mÉu 6b v 7c). §èi víi ¨n mßn thÐp CT3 trong dung dÞch cã møc ®é x©m thùc Cl- m¹nh, hiÖu qu¶ øc chÕ ¨n mßn thÐp CT3 cña mét chÊt øc chÕ ®¬n ®¹t ®îc trªn 50% ® cã ý E co r, V /S C E 626 A0 A4 A5 6b 7c 0 20 40 60 500.0 1.0k 1.5k H R c t,% H Rct R ct , Rct nghÜa thùc tÕ cao [4], cÇn ®îc nghiªn cøu phèi hîp víi c¸c th nh phÇn kh¸c. A0 A4 A5 6b 7c 6 8 10 12 14 16 18 0 20 40 60 icor H MÉu H×nh 3: So s¸nh dßng ¨n mßn cña c¸c mÉu v hiÖu qu¶ øc chÕ H x¸c ®Þnh ®îc 3. §o tæng trë ®iÖn hãa x¸c ®Þnh ®iÖn trë chuyÓn ®iÖn tÝch Rct Tæng trë ®iÖn hãa x¸c ®Þnh Rct ®îc ®o trong kho¶ng tÇn sè 50000 Hz ®Õn 5 mHz, víi biªn ®é E = 5 mV t¹i ®iÖn thÕ ¨n mßn. KÕt qu¶ cho thÊy tæng trë ®o trong dung dÞch kh«ng cã øc chÕ (A0) lu«n thÊp h¬n trong dung dÞch cã c¸c amit (h×nh 4). X¸c ®Þnh ®iÖn trë chuyÓn ®iÖn tÝch Rct trªn ®å thÞ Bode (h×nh 4) sÏ cã sai sè lín bëi logZ vÉn cã chiÒu híng tiÕp tôc t¨ng. -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 1 2 3 A0A4 A5 6b 7c A5 6b 7c A4 A0 logf, Hz H×nh 4: Phæ tæng trë Bode cña mÉu thÐp trong c¸c dung dÞch nghiªn cøu D¹ng ®êng Bode cña tæng trë cho thÊy m¹ch ®iÖn t¬ng ®¬ng cña hÖ gåm cÆp ®iÖn dung Cdl m¾c song song víi ®iÖn trë chuyÓn ®iÖn tÝch Rct, v nèi tiÕp víi ®iÖn trë dung dÞch RS (h×nh 5). Rct ®îc x¸c ®Þnh b»ng fitting sè liÖu thùc nghiÖm víi phÇn mÒm FRA theo s¬ ®å m¹ch ®iÖn n y. BiÕn thiªn cña Rct v hiÖu qu¶ øc chÕ HRct tÝnh tõ Rct ®îc giíi thiÖu trong h×nh 6. H×nh 5: M¹ch ®iÖn t¬ng ®¬ng cña tæng trë mÉu thÐp trong dung dÞch nghiªn cøu MÉu H×nh 6: §iÖn trë Rct v hiÖu qu¶ øc chÕ t¬ng øng cña c¸c mÉu amit trong c¸c dung dÞch nghiªn cøu KÕt qu¶ nghiªn cøu b»ng tæng trë cho thÊy c¸c mÉu øc chÕ ®Òu cã ®iÖn trë chuyÓn ®iÖn tÝch kh¸ cao, t¬ng øng víi kÕt qu¶ ®o dßng ¨n mßn icor v phï hîp víi kÕt qu¶ ®o Ecor. 4. §¸nh gi¸ kh¶ n¨ng øc chÕ ¨n mßn b»ng ph©n cùc step §êng cong ph©n cùc step iST - , víi iST l dßng hßa tan æn ®Þnh v  l ®iÖn thÕ ph©n cùc step, cña c¸c mÉu ®îc giíi thiÖu trªn h×nh 7. BiÕn thiªn iST -  (thang log) cã d¹ng ®êng tuyÕn tÝnh cho thÊy vïng ph©n cùc  trong kho¶ng 0 mV – 200 mV phï hîp víi ph¬ng tr×nh Tafel, cho phÐp dÔ d ng so s¸nh hiÖu qu¶ øc chÕ. BiÕn thiªn cña hiÖu qu¶ øc chÕ ¨n mßn HST tÝnh tõ kÕt qu¶ ®o step ®îc tr×nh b y trong h×nh 8. §iÒu ®¸ng lu ý l kh¶ n¨ng øc chÕ ¨n mßn cña c¸c mÉu amit t¨ng lªn cïng víi ®é ph©n cùc. Víi ph©n cùc cao, hiÖu qu¶ øc chÕ cña c¶ 4 mÉu øc chÕ ®Òu t¨ng. Nh vËy ®èi víi thÐp CT-3, c¶ 4 dÉn xuÊt amit ®Òu cã kh¶ n¨ng øc chÕ ¨n mßn lo gZ , i co r, µA H ,% RS Rct Cdl 627 tiÕp xóc (Galvani). §iÒu ®ã cho phÐp sö dông c¸c chÊt øc chÕ n y trong c¸c hÖ thèng c«ng nghiÖp phøc hîp cã thÓ xuÊt hiÖn ¨n mßn tiÕp xóc. 0 50 100 150 200 1x10-6 1x10-5 1x10-4 1x10-3 1x10-2 CT3 6b 5A 0  = E- E0, mV H×nh 7: §êng cong ph©n cùc step iST- cña mÉu thÐp CT-3 trong c¸c dung dÞch nghiªn cøu 0 50 100 150 200 40 60 80 100 CT3 7c 6b 5A 4A ST , mV H×nh 8: HiÖu qu¶ øc chÕ HST phô thuéc v o qu¸ thÕ ph©n cùc  IV - KÕt luËn § kh¶o s¸t kh¶ n¨ng øc chÕ ¨n mßn thÐp CT-3 cña bèn dÉn xuÊt amit (A4, A5, 6b, 7c) cña axit bÐo tæng hîp tõ parafin dÇu th« ViÖt Nam, trong dung dÞch muèi NaCl 3% b»ng ph¬ng ph¸p ®iÖn hãa: ®o ®iÖn thÕ ¨n mßn Ecor, dßng ¨n mßn icor, tæng trë ®iÖn hãa v ph©n cùc step. KÕt qu¶ cho thÊy c¸c amit ®Òu cã kh¶ n¨ng øc chÕ ¨n mßn mÉu thÐp, c¶ vÒ mÆt nhiÖt ®éng häc v ®éng häc. Cã thÓ s¾p xÕp møc ®« øc chÕ ¨n mßn mÉu thÐp theo thø tù 7c > 6b > A4 > A5, trong ®ã mÉu 7c cã hiÖu qu¶ øc chÕ cao nhÊt. C¶ bèn chÊt øc chÕ ®Òu cho hiÖu qu¶ b¶o vÖ cao, t¨ng theo møc ®é ph©n cùc anot trong vïng  = 0 ÷ 200 mV, chøng tá kh¶ n¨ng øc chÕ rÊt hiÖu qu¶ ¨n mßn tiÕp xóc ®èi víi mÉu thÐp CT-3. T0i liÖu tham kh¶o 1. §Æng Nh T¹i, NguyÔn V¨n Ngäc, TrÇn Th¹ch V¨n, NguyÔn §×nh Th nh, Ph¹m Duy Nam, Lª Xu©n QuÕ. T¹p chÝ Hãa Häc, T. 38, (1), tr. 48 - 52, 2000. 2. Dang Nhu Tai, and co-aouters. Vietnamese J. Chem., Vol. 44 (5), P. 638 - 641 (2006); and Vol. 44 (5), P. 660 - 664 (2006). 3. Ph¹m V¨n Hoan, Chu ThÞ H»ng, Vò Quèc Trung, U«ng V¨n Vü, Lª Xu©n QuÕ, TuyÓn tËp c«ng tr×nh KH HN to n quèc 2 “¡n mßn v b¶o vÖ kim lo¹i víi héi nhËp kinh tÕ”, § N½ng 7-8 th¸ng 4 n¨m 2007, tr. 141-146 4. H. H. Uhlig. Corrosion and protection, Dunod, Paris (1970). 5. §inh V¨n Kha, NguyÔn ThÕ Nghiªm, Ng« ThÞ ThuËn. Nghiªn cøu tæng hîp c¸c dn xuÊt amit trªn c¬ së c¸c axit bÐo C8÷C18 l m phô gia øc chÕ ¨n mßn kim lo¹i, b i göi HN Khoa häc v C«ng nghÖ Hãa h÷u c¬ to n quèc IV, H Néi 2007 6. §inh V¨n Kha, NguyÔn ThÕ Nghiªm, Ng« ThÞ ThuËn, Lª Xu©n QuÕ. T¹p chÝ Hãa häc øng dông, H Néi (2007). 7. §inh V¨n Kha, NguyÔn ThÕ Nghiªm, Ng« ThÞ ThuËn, U«ng V¨n Vü, Lª Xu©n QuÕ, Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng øc chÕ ¨n mßn hîp kim ®ång thanh cña mét sè dÉn xuÊt amit tõ axit bÐo tæng hîp C8÷C18, B i göi HN Khoa häc v C«ng nghÖ Hãa h÷u c¬ to n quèc IV, H Néi 2007 8. Corrosion Handbook. John Wiley and Sons (2000). 9. A. J. Bard, L. R. Falkner. Electrochemical methods fundamentals and applications, Second edition, printed in the United States of America (2001). i S T ,A H ST ,%