Nghiên cứu chiết tách lignin từ rơm rạ và ứng dụng làm chất ức chế chống ăn mòn kim loại

1. Lí do chọn đề tài

Như đã biết, rơm rạ là dạng phế phụ phẩm nông nghiệp có tiềm năng trữ lượng lớn. Nhưng chỉ có khoảng 20% ​​rơm rạ được sử dụng cho các mục đích như ethanol, giấy, phân bón và thức ăn gia súc và số còn lại được loại bỏ khỏi thực địa, đốt tại chỗ hoặc trải ra ngoài đồng, kết hợp trong đất, hoặc được sử dụng làm mùn cưa cho vụ mùa sau. Việc đốt cháy gây ra ô nhiễm không khí và mất chất dinh dưỡng tùy thuộc vào phương pháp dùng để đốt rơm. Ở nước ta, ước tính mỗi năm có thể thu gom và tận dụng trên dưới 50 triệu tấn rơm rạ từ nhiều giống lúa khác nhau, trên khắp các vùng miền trên cả nước.

Ăn mòn kim loại là hiện tượng phá hủy các vật liệu do tác dụng hóa học hoặc tác dụng điện hóa giữa kim loại với môi trường bên ngoài kim loại. Ăn mòn kim loại là một trong những vấn đề đang được quan tâm hiện nay, liên quan đến tất cả khía cạnh cuộc sống của chúng ta. Mỗi năm các nước phát triển như Anh, Pháp, Mỹ phải chi trăm triệu USD để thay các thiết bị máy móc bị hư hỏng do ăn mòn kim loại; trong khi đó, nước ta có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm rất thích hợp cho quá trình ăn mòn kim loại xảy ra.

Thép nhẹ được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như ô tô, đường ống và công nghiệp hóa chất. Tuy nhiên, kim loại này bị ăn mòn khi tiếp xúc với dung dịch axit trong quá trình làm sạch axit hoặc tẩy uế [3, 4]. Những vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách đưa chất ức chế thích hợp vào môi trường. Các hợp chất hữu cơ có chứa nitơ và lưu huỳnh thường được sử dụng làm chất ức chế ăn mòn sắt và thép trong dung dịch axit do tác động nhanh của chúng [5-12]. Chất chiết xuất từ ​​các sản phẩm tự nhiên có chứa hỗn hợp các hợp chất có oxy; sulfuric và nitơ là các chất chống ăn mòn thân thiện với môi trường, giá rẻ, có thể tái tạo[13, 14]. Việc sử dụng thành công các chất có nguồn gốc tự nhiên để ức chế sự ăn mòn.

Trong thực tế, có nhiều cách để giảm ăn mòn kim loại như thay đổi bản chất hóa học của bề mặt vật liệu hoặc thay đổi môi trường của vật liệu để làm giảm tốc độ của các phản ứng bề mặt vật liệu và môi trường. Một trong những cách thay đổi môi trường của vật liệu là bổ sung những lượng nhỏ các chất ức chế hóa học. Tuy nhiên các chất ức chế thông thường chứa các hóa chất đặc biệt với độc tính không nhỏ, gây ô nhiễm môi trường. Do đó, việc sử dụng các chất ức chế ăn mòn thân thiện với môi trường được khuyến khích nghiên cứu. Một trong các chất ức chế đó là lignin – một trong những thành phần chính của rơm rạ, dự kiến ​​sẽ đóng một vai trò quan trọng trong tương lai gần như một nguyên liệu cho sản xuất các sản phẩm sinh học và hóa chất, có khả năng ức chế ăn mòn kim loại thép.

Với những lí do như trên nên tôi chọn đề tài: “ Nghiên cứu chiết tách lignin từ rơm rạ và ứng dụng làm chất ức chế chống ăn mòn kim loại”.

2. Mục đích nghiên cứu

– Chiết tách được hợp chất lignin từ rơm rạ và xác định được các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết tách lignin từ rơm rạ.

– Ứng dụng hợp chất lignin vào việc nghiên cứu ức chế ăn mòn kim loại trong NaCl 3,5 % và HCl.

3. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu của đề tài

3.1. Phạm vi nghiên cứu

– Chiết tách hợp chất lignin từ rơm rạ.

– Ứng dụng của hợp chất lignin trong ức chế ăn mòn kim loại trong dung dịch NaCl 3,5% và dung dịch HCl.

3.2. Đối tượng nghiên cứu

Hợp chất lignin được tách ra từ rơm rạ, khả năng ức chế ăn mòn của nó đối với kim loại trong NaCl 3,5% và HCl.

4. Phương pháp nghiên cứu

4.1. Nghiên cứu lý thuyết

– Tham khảo sách báo, tạp chí chuyên ngành, giáo trình liên quan đến ăn mòn kim loại đặc biệt là ức chế ăn mòn kim loại.

– Tham khảo các sách, tài liệu về thực vật để đánh giá hàm lượng lignin có trong các loại thực vật.

– Nghiên cứu lý thuyết chiết tách các chất hữu cơ qua các giáo trình phân tích hay luận văn liên quan.

– Nghiên cứu các luận văn liên quan đến bảo vệ kim loại trong các môi trường.

4.2. Nghiên cứu thực tiễn

– Nghiên cứu tìm ra quy trình và điều kiện chiết tách tối ưu lignin từ rơm rạ.

– Phương pháp phổ IR để xác định sự có mặt các loại nhóm chức có trong hợp chất lignin.

– Phương pháp xác định dòng ăn mòn.

– Phương pháp chụp SEM xác định bề mặt mẫu thép CT3.

– Phương pháp xử lí số liệu.

5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

5.1. Ý nghĩa khoa học

– Xác định các điều kiên tối ưu của quá trình tách chiết hợp chất lignin từ rơm rạ.

– Khảo sát khả năng ức chế ăn mòn kim loại của hợp chất lignin thu được.

5.2. Ý nghĩa thực tiễn

Nâng cao giá trị sử dụng của rơm rạ.

6. Cấu trúc luận văn

Chương 1. Tổng quan lý thuyết

Chương 2. Nguyên liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Chương 3. Kết quả và thảo luận.

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. TỔNG QUAN

1.1.1. Giới thiệu chung về rơm rạ

1.1.2. Thành phần và tính chất của rơm rạ

1.1.3. Hiện trạng sử dụng rơm rạ tại Việt Nam và các nước trên thế giới

1.2. LIGNIN

1.2.1. Khái quát tính chất của nguyên liệu lignoxenlulozơ

1.2.2. Giới thiệu chung về lignin

1.2.3. Cấu trúc phân tử của lignin

1.2.4. Tính chất vật lí của Lignin

1.2.5. Tính chất hóa chất hóa học của Lignin

1.2.6. Ứng dụng của lignin

1.3. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP THU NHẬN XENLULOZƠ VÀ TÁCH LOẠI LIGNIN TỪ NGUYÊN LIỆU THỰC VẬT

1.3.1. Sử dụng rượu

1.3.2. Sử dụng các axit hữu cơ

1.4. LÝ THUYẾT ĂN MÒN KIM LOẠI

1.4.1 Định nghĩa ăn mòn kim loại

1.4.2. Phân loại quá trình ăn mòn

a. Ăn mòn hóa học

b. Ăn mòn điện hóa

1.4.3. Ăn mòn của thép trong môi trường nước

a. Ăn mòn thép trong môi trường nước ngọt

b. Ăn mòn điện hóa trong nước biển

1.4.4. Các phương pháp bảo vệ kim loại

a. Bảo vệ bằng tạo lớp bao phủ

b. Xử lý môi trường

1.5. MỘT SỐ CÔNG TRÌNH ĐÃ NGHIÊN CỨU VỀ LIGNIN VÀ HỢP CHẤT CỦA LIGNIN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

CHƯƠNG 2

NGUYÊN LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

2.1. NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT VÀ CÁC THIẾT BỊ

2.1.1. Nguyên liệu

Rơm gạo thu được từ đồng ruộng trên địa bàn huyện Điện Bàn, tỉnh Quảng Nam được phơi khô dưới ánh mặt trời và cắt nhỏ thành từng miếng. Sau khi sấy ở nhiệt độ 70^oC trong 8h, mẫu được xay xát thành bột kích thước khoảng 1mm và bột tiếp tục được làm khô trong 4h ở 70⁰C và được lưu trữ trong máy hút ẩm.

Hình 2.1. Bột rơm rạ đã qua xử lí.

2.1.2. Hóa chất

– Dung dịch HCl, dung dịch NaCl 3,5%.

2.1.3. Dụng cụ – Thiết bị

a. Dụng cụ:

– Bình tam giác, cốc thuỷ tinh, cốc sứ, bình định mức, ống đong, phễu lọc, pipet, nhiệt kế, bình hút ẩm,…

b. Thiết bị:

– Tủ sấy, lò nung, bếp điện, bếp cách thủy, cân phân tích, bộ chiết chưng ninh, thiết bị đo PGS-HH10, chương trình Potentiondyamic.

2.2. XÁC ĐỊNH MỘT SỐ CHỈ TIÊU HÓA LÝ

2.2.1. Xác định độ ẩm

2.2.2. Xác định độ tro

2.3. NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHIẾT TÁCH LIGNIN TỪ RƠM RẠ VÀ XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN CÁC NHÓM CHỨC CỦA LIGNIN THU ĐƯỢC

2.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ axit HCl

Cân 10 g mẫu bột rơm vào bình cầu 250mL ,cho 100mL dung dịch HCl ở các nồng độ khác nhau 0,5M; 1M; 1,5M; 2M và 2,5 M. Tiến hành thủy phân trong 1 giờ thích hợp ở nhiệt độ sôi của dung môi. Sau khi thủy phân, tiến hành lọc và lấy dịch chiết đem cô đến khô, cân khối lượng chất rắn thu được. Chọn nồng độ axit thích hợp là nồng độ tương ứng với khối lượng cao lớn nhất.

2.3.2. Ảnh hưởng của thời gian chiết

Cân 10 g mẫu bột rơm, cho 100 mL dung dịch HCl nồng độ thích hợp tiến hành thủy phân với các khoảng thời gian khác nhau 30, 45, 60, 75, 90 và 120 phút ở nhiệt độ thích hợp. Sau khi thủy phân, tiến hành lọc và lấy dịch chiết đem cô đến khô, cân khối lượng chất rắn thu được. Chọn thời gian chiết thích hợp là thời gian tương ứng với khối lượng cao lớn nhất.

2.3.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ mẫu rơm: dung dịch HCl

Cân các khối lượng mẫu bột rơm khác nhau 10, 15, 20, 25, 30 và 35 g; cho 100 mL dung dịch HCl nồng độ thích hợp, tiến hành thủy phân trong thời gian và nhiệt độ thích hợp. Sau khi thủy phân, tiến hành lọc và cô cạn các dịch chiết, thu được cao chiết ở các tỉ lệ rắn – lỏng khác nhau, cân cao thu được. Chọn tỉ lệ rắn – lỏng thích hợp là tỉ lệ rắn – lỏng tương ứng với khối lượng cao lớn nhất.

2.4. TÁCH LIGNIN RẮN

Tách lignin rắn: Sau khi khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết tách lignin, ta tiến hành chiết tách để thu được lượng lignin với các điều kiện tối ưu thu được. Lignin thu được chưa tinh khiết còn có chứa một số hợp chất khác.

2.5. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨC CHẾ ĂN MÒN KIM LOẠI THÉP CỦA LIGNIN THU ĐƯỢC TỪ RƠM RẠ

2.5.1. Thiết bị đo

Sử dụng thiết bị đo PGS-HH10, chương trình Potentiondyamic.

2.5.2. Phương pháp chuẩn bị điện cực

a. Chuẩn bị điện cực

– Điện cực làm việc: được chế tạo từ thép CT3, diện tích bề mặt làm việc 1cm². Dây dẫn bằng đồng được hàn vào chính giữa mẫu thép. Ngoại trừ bề mặt tiếp xúc với dung dịch nghiên cứu, những phần còn lại được bao bọc nhiều lớp nhựa epoxy chồng lên nhau để mảng nhựa cách li tốt.

– Điện cực so sánh là Ag, AgCl, Cl^– và điện cực đối là điện cực platin (Pt).

b. Gia công bề mặt điện cực

Gia công điện cực là một công đoạn vô cùng quan trọng do nó sẽ quyết định độ chinh xác của kết quả nghiên cứu. Gia công điện cực để có bề mặt phẳng, nhẵn đồng thời tẩy sạch các lớp gỉ, các lớp dầu mỡ, các hợp chất háo học bám trên bề mặt điện cực.

2.5.3. Hóa chất sử dụng

– Dung dịch NaCl 3,5 %

– Dung dịch axit HCl 0,1M; 0,5M; 1M.

– Dung dịch lignin tách được từ bột rơm rạ với các nồng độ 1g/l; 2g/l; 3g/l; 4g/l; 5g/l.

2.5.4. Phương pháp nghiên cứu

a. Phương pháp xây dựng đường cong phân cực

b. Phương pháp xác định điện trở phân cực

2.6. PHƯƠNG PHÁP CHỤP SEM XÁC ĐỊNH BỀ MẶT

CHƯƠNG 3

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH MỘT SỐ CHỈ TIÊU HÓA LÝ

3.1.1. Độ ẩm

Số lượng mẫu được lấy để xác định độ ẩm là 3 mẫu. Độ ẩm chung là độ ẩm trung bình của 3 mẫu.

Kết quả xác định độ ẩm của mẫu bột rơm rạ được trình bày ở Bảng 3.1.

Bảng 3.1. Kết quả xác định độ ẩm của bột rơm rạ

Trong đó:

m_o : Khối lượng cốc sứ (g)

m₁ : Khối lượng mẫu (g)

m₂ : Khối lượng cốc sứ và mẫu sau khi sấy (g)

U (%) : Độ ẩm của mỗi mẫu

U_tb (%) : Độ ẩm trung bình

? Nhận xét: Độ ẩm trung bình của bột rơm rạ khô là 8.809 %, đây là độ ẩm tương đối an toàn. Với độ ẩm này, bột rơm rạ khô có thể giữ được chất lượng tốt khi bảo quản trong thời gian dài mà không bị ẩm mốc, nguyên liệu có tính ổn định tương đối cao.

3.1.2. Hàm lượng tro

Lấy 3 mẫu đã xác định độ ẩm ở trên để xác định hàm lượng tro. Hàm lượng tro được lấy trung bình từ 3 mẫu trên. Kết quả xác định hàm lượng tro trong bột rơm rạ khô được trình bày ở Bảng 3.2.

Bảng 3.2. Kết quả xác định hàm lượng tro của bột rơm rạ khô

Trong đó:

m_o : Khối lượng cốc sứ (g)

m₁ : Khối lượng bột rơm rạ (g)

m₃ : Khối lượng cốc sứ và mẫu sau khi tro hoá (g)

H (%) : Hàm lượng tro của mỗi mẫu

H_tb (%) : Hàm lượng tro trung bình

? Nhận xét: Vậy hàm lượng tro trung bình là 12,585%. Từ bảng trên ta thấy, trong bột rơm rạ khô có chứa hàm lượng lớn chất hữu cơ và một lượng rất nhỏ các chất vô cơ, trong đó có thể có mặt các muối của một số kim loại.

3.3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TÁCH CHIẾT LIGNIN TỪ RƠM RẠ

3.3.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit HCl đến quá trình tách chiết lignin

Để khảo sát sự phụ thuộc của khả năng tách chiết lignin từ rơm rạ tối ưu vào nồng độ axit HCl, thí nghiệm được tiến hành với các thông số như sau:

– Khối lượng rơm rạ: 10 gam

– Nhiệt độ nấu: 86^oC

– Thời gian chiết: 60 phút.

– Thể tích dung dịch HCl: 100 mL.

– Nồng độ axit HCl khảo sát: 0.5M, 1M, 1.5M, 2M, 2.5M.

Kết quả thu được của thời gian chiết được trình bày ở Bảng 3.3.

Bảng 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ axit HCl đến tách chiết lignin từ rơm rạ

Từ Bảng 3.3 ta có đồ thị:

Đồ thị 3.1. Ảnh hưởng của nồng độ axit HCl đến quá trình chiết tách lignin

Nhận xét: Kết quả thu được cho thấy khi thay đổi nồng độ dung dịch HCl từ 0,5M đến 2M thì khối lượng lignin tách ra tăng dần; nhưng sau đó càng tăng nồng độ axit thì lượng lignin tách chiết được giảm dần.Vậy hiệu suất tách lignin từ bột rơm rạ cao nhất với nồng độ dung dịch HCl là 2M.

3.3.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình tách chiết lignin

Để khảo sát sự phụ thuộc của khả năng tách chiết lignin từ rơm rạ tối ưu thời gian thủy phân, thí nghiệm được tiến hành với các thông số như sau:

– Khối lượng rơm rạ: 10 gam

– Nhiệt độ nấu: 86^oC

– Thể tích dung dịch HCl: 100 mL.

– Nồng độ axit HCl tối ưu: 2M.

– Thời gian thủy phân: 30, 45, 60,75, 90 và 120 phút.

Kết quả thu được của thời gian chiết được trình bày ở Bảng 3.4.

Bảng 3.4. Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến tách chiết lignin từ rơm rạ

Từ Bảng 3.4 ta có đồ thị:

Đồ thị 3.2. Ảnh hưởng của thời gian nấu đến quá trình chiết tách lignin

Nhận xét: Từ kết quả được trình bày ở Bảng 3.4, ta thấy, khi thủy phân càng lâu thì lượng lignin tách ra tương ứng tăng theo và thời gian thủy phân 90 phút cho phép tách được lượng lignin nhiều nhất; nên nếu tăng thời gian chiết cũng không tách thêm được nữa. Vậy hiệu suất tách lignin từ bột rơm rạ cao nhất trong thời gian 90 phút.

3.3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ rơm- dung dịch axit HCl đến quá trình tách chiết lignin

Để khảo sát sự phụ thuộc của khả năng tách chiết lignin từ rơm rạ tối ưu thời gian thủy phân, thí nghiệm được tiến hành với các thông số như sau:

– Nhiệt độ nấu: 86^oC

– Thể tích dung dịch HCl: 100 mL.

– Nồng độ axit HCl tối ưu: 2M.

– Thời gian thủy phân tối ưu: 90 phút.

– Khối lượng rơm: 10g, 15g, 20g, 25g, 30g, 35g.

Kết quả thu được của thời gian chiết được trình bày ở Bảng 3.5.

Bảng 3.5. Ảnh hưởng của tỉ lệ rơm – dung dịch HCl đến tách chiết lignin từ rơm rạ

Từ Bảng 3.5 ta có đồ thị:

Đồ thị 3.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ rơm- dung dịch HCl đến quá trình chiết tách lignin

Nhận xét: Kết quả thực nghiệm trình bày ở Bảng 3.5 cho thấy: khi khối lượng bột rơm tăng lên thì lượng lignin tách ra càng nhiều, đến khi đạt tỉ lệ 30 g mẫu: 100 mL dung dịch axit HCl thì nhận thấy khối lượng lignin thu được cao nhất. Nếu có tiếp tục tăng khối lượng bột rơm thì khối lượng lignin thu được cũng không tăng thêm. Điều này được giải thích như sau: tỉ lệ dịch (tỉ lệ rắn, lỏng) thích hợp, sao cho quá trình tách loại diễn ra bình thường, nguyên liệu khi xử lý phải ngập toàn bộ trong dung dịch. Vậy hiệu suất tách lignin từ bột rơm rạ cao nhất với tỉ lệ 30 g bột rơm ra : 100 mL dung dịch HCl.

Tóm lại: Điều kiện tối ưu cho quá trình chiết tách lignin từ bột rơm rạ là: 30 g mẫu bột rơm được thủy phân bởi 100 mL dung dịch HCl nồng độ 2M ở 86⁰C trong thời gian 90 phút. Với điều kiện này thì lượng lignin tách được là 0,975 g/ 30 gam mẫu.

3.3.4. Tách lignin rắn

Với quá trình chiết tách lignin theo quy trình, chúng tôi thu được sản phẩm lignin có màu đen, dạng bột, có lẫn hemixenlulozo.

Hình 3.1. Bột lignin thu được

+ Đã xác định thời gian chiết thích hợp và nồng độ dung môi thích hợp để thu được khối lượng cao lignin lớn nhất:

• Thời gian chiết: 90 phút.
• Nồng độ axit HCl: 2M
• Tỉ lệ rơm: axit HCl: 30g rơm : 100 mL HCl.

3.3.5. Đánh giá sản phẩm Lignin

Tiến hành tách Lignin rắn từ dung môi HCl, kết quả chụp phổ hồng ngoại (IR) cho thấy các peak dao động đặc trưng của Lignin ở mẫu:

– 3385,19 cm^-1 đặc trưng cho nhóm – OH .

– 1600 cm^-1 đặc trưng cho liên kết C–C trong vòng benzen.

– 1200 cm^-1 – 1320 cm^-1 đặc trưng cho liên kết C–O–C.

– 600 cm^-1 – 800 cm^-1 đặc trưng cho nhóm –CH₂– của mạch cacbon.

Bảng 3.6. Tần số và loại dao động trong phổ hồng ngoại của lignin

Hình 3.2. Phổ hồng ngoại của lignin tách từ rơm rạ bởi dung môi HCl 2M

3.4. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨC CHẾ ĂN MÒN KIM LOẠI CỦA LIGNIN CHIẾT TÁCH TỪ RƠM RẠ

3.4.1. Khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 của lignin trong trong NaCl 3,5 %

a. Ảnh hưởng của nồng độ lignin đến khả năng ức chế ăn mòn kim loại

Tiến hành ngâm thép CT3 trong dung dịch NaCl 3,5% trong 10 phút rồi tiến hành đo đường cong phân cực.

Kết quả đo đường cong phân cực thép CT3 ở các nồng độ lignin được trình bày ở Bảng 3.7, được thể hiện ở các Hình 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7. Điện cực thép CT3 được ngâm trong dung dịch lignin chiết tách từ rơm rạ với các nồng độ khác nhau trong thời gian 20 phút rồi ngâm trong dung dịch NaCl 3,5% 10 phút sau đó tiến hành đo đường cong phân cực.

Hình 3.3. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch NaCl 3,5% với nồng độ của dung dịch lignin 0 g/l chiết từ rơm rạ trong thời gian 20 phút.

Corr. Potential : -0.6787 vol; Pol. resistance : 674.6882 Ohm,

Corr. density: 9.6674E-0003mA/cm²

Hình 3.4. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch NaCl 3,5% với nồng độ của dung dịch lignin 1g/l chiết từ rơm rạ trong thời gian 20 phút.

Corr. Potential : -0.6079 vol, Pol. resistance : 878.6044 Ohm

Corr. density : 7.4237E-0003mA/cm²

Hình 3.5. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch NaCl 3,5% với nồng độ của dung dịch lignin 2g/l chiết từ rơm rạ trong thời gian 20 phút.

Corr. Potential : -0.5928 vol, Pol. resistance : 921.6146 Ohm

Corr. density: 7.0773E-0003mA/cm²

Hình 3.6. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch NaCl 3,5% với nồng độ của dung dịch lignin 3 g/l chiết từ rơm rạ trong thời gian 20 phút.

Corr. Potential : -0.6088 vol, Pol. resistance : 965.8465 Ohm

Corr. density: 6.7531E-0003mA/cm²

Hình 3.7. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch NaCl 3,5% với nồng độ của dung dịch lignin 4 g/l chiết từ rơm rạ trong thời gian 20 phút

Corr. Potential : -0.5861 vol, Pol. resistance : 1131.8096 Ohm

Corr. density : 5.7629E-0003mA/cm²

Hình 3.8. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch NaCl 3,5% với nồng độ của dung dịch lignin 5 g/l chiết từ rơm rạ trong thời gian 20 phút.

Corr. Potential : -0.6496 vol, Pol. resistance : 901.5212 Ohm

Corr. density: 7.2350E-0003mA/cm²

Bảng 3.7. Giá trị điện trở phân cực (Rp), dòng ăn mòn(icorr) và hiệu quả ức chế Z (%) theo nồng độ lignin khác nhau

Vậy nồng độ lignin tối ưu để ức chế ăn mòn thép là 4g/l.

Đồ thị 3.4. Đồ thị biểu diễn hiệu quả ức chế Z (%) theo nồng độ lignin: 0 g/l; 1g/l; 2g/l ; 3g/l; 4g/l; 5g/l

Từ Bảng 3.7 và Đồ thị 3.4 cho thấy, khi ngâm thép trong dung dịch lignin nồng độ 4g/l thì hiệu quả ức chế ăn mòn cao nhất và đạt 40,5%. Khả năng ức chế ăn mòn kim loại của lignin là do khi lignin hấp phụ lên bề mặt kim loại thì các electron chưa tham gia liên kết trên các nhóm -OH có thể liên kết với obitan d còn trống của sắt tạo thành lớp màng, hoặc tạo phức lignin trên bề mặt và ngăn cách kim loại với môi trường nên ức chế quá trình ăn mòn kim loại.

b. Ảnh hưởng của thời gian ngâm thép trong dung dịch lignin đến khả năng ức chế ăn mòn thép CT3

Điện cực thép CT3 được ngâm trong dung dịch lignin 4g/l với các thời gian là 0 ph, 10ph, 20ph, 30ph, 40ph, 50 ph. Sau đó tiến hành đo đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch NaCl 3,5%. Kết quả các đường cong phân cực được thể hiện ở các Hình 3.9, 3.10, 3.11, 3.12, 3.13 và Bảng 3.8.

Hình 3.9. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch NaCl 3,5% với nồng độ lignin 4g/l tách từ rơm rạ trong thời gian 10 phút.

Corr. Potential : -0.6186 vol, Pol. resistance : 864.7943 Ohm

Corr. density : 7.5423E-0003mA/cm²

Hình 3.10. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch NaCl 3,5% với nồng độ lignin 4g/l tách từ rơm rạ trong thời gian 20 phút.

Corr. Potential : -0.6033 vol, Pol. resistance : 1148.4362 Ohm

Corr. density: 5.6795E-0003mA/cm²

Hình 3.11. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch NaCl 3,5% với nồng độ lignin 4g/l tách từ rơm rạ trong thời gian 30 phút.

Corr. Potential : -0.6055 vol, Pol. resistance : 1262.0840 Ohm

Corr. density: 5.1680E-0003mA/cm²

Hình 3.12. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch NaCl 3,5% với nồng độ lignin 4g/l tách từ rơm rạ trong thời gian 40 phút.

Corr. Potential : -0.6203 vol, Pol. resistance : 1336.8716 Ohm

Corr. density: 4.8789E-0003mA/cm²

Hình 3.13. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch NaCl 3,5% với nồng độ lignin 4g/l tách từ rơm rạ trong thời gian 50 phút.

Corr. Potential : -0.6269 vol, Pol. resistance : 1013.8312 Ohm

Corr. Density : 6.4335E-0003mA/cm²

Bảng 3.8. Giá trị dòng ăn mòn (icorr) và hiệu quả ức chế Z (%) theo thời gian ngâm thép trong dung dịch lignin 4g/l trong môi trường ăn mòn NaCl 3,5%

Từ Bảng 3.8 ta có đồ thị:

Đồ thị 3.5. Đồ thị biểu diễn hiệu quả ức chế Z (%) theo thời gian ngâm thép trong dung dịch lignin 4g/l với thời gian 0ph; 10ph; 20ph; 30ph ; 40ph; 50ph.

Từ Bảng 3.8 và Đồ thị 3.5 cho thấy, thời gian tối ưu ngâm thép trong trong dung dịch lignin 4g/l là 40 phút.

Vậy, điều kiện tối ưu để ức chế ăn mòn thép là: nồng độ lignin 4g/l, thời gian ngâm trong lignin là 40 phút.

3.4.2. Nghiên cứu khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 của lignin trong trong HCl

Ngâm thép vào dung dịch lignin 4g/l trong thời gian 40 phút. Sau đó ngâm điện cực trong HCl với các nồng độ lần lượt là 0,1M, 0,5M và 1M rồi đo đường cong phân cực. Giá trị điện trở phân cực, tốc độ dòng ăn mòn và hiệu quả bảo vệ được trình bày ở Bảng 3.9 và các đường cong phân cực được thể hiện ở các Hình từ 3.14 đến 3.19.

Kết quả các đường cong phân cực ứng với các nồng độ HCl 0,1M được thể hiện ở Hình 3.14 và 3.15.

Hình 3.14. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch HCl 0.1M không có mặt lignin tách từ rơm rạ

Corr. Potential : -0.5190 vol, Pol. resistance : 85.0471 Ohm

Corr. density : 7.6693E-0002mA/cm²

Hình 3.15. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch HCl 0.1M trong thời gian 40ph với nồng độ lignin nồng độ 4g/l tách từ rơm rạ.

Corr. Potential : -0.4576 vol, Pol. resistance : 157.0931 Ohm

Corr. density : 4.1520E-0002mA/cm²

Kết quả các đường cong phân cực ứng với các nồng độ HCl 0,5M được thể hiện ở Hình 3.16 và 3.17.

Hình 3.16. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch HCl 0.5M không có mặt lignin tách từ rơm rạ

Corr. Potential : -0.5344 vol, Pol. resistance : 33.0166 Ohm

Corr. density : 1.9755E-0001mA/cm²

Hình 3.17. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch HCl 0.5M trong thời gian 40ph với nồng độ của lignin 4g/l tách từ rơm rạ.

Corr. Potential : -0.4865 vol, Pol. resistance : 141.1691 Ohm

Corr. density : 4.6203E-0002mA/cm²

Kết quả các đường cong phân cực ứng với các nồng độ HCl 1M được thể hiện ở Hình 3.18 và 3.19.

Hình 3.18. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch HCl 1M không có mặt lignin.

Corr. Potential : -0.4667 vol, Pol. resistance : 49.3626 Ohm

Corr. density : 1.3213E-0001mA/cm²

Hình 3.19. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch HCl 1M trong thời gian 40ph với nồng độ của lignin 4g/l tách từ rơm rạ.

Corr. Potential : -0.4135 vol, Pol. resistance : 83.7746 Ohm

Corr. density : 7.7858E-0002mA/cm²

Bảng 3.9. Giá trị điện trở phân cực (Rp), dòng ăn mòn(icorr) và hiệu quả ức chế Z (%) theo nồng độ HCl với nồng độ dung dịch lignin chiết tách từ bột rơm rạ.

Từ các đường cong phân cực và Bảng 3.9 ta thấy lignin chiết tách từ rơm rạ có khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 trong môi trường axit tương đối tốt đặc biệt là axit HCl 0,5M với hiệu quả đạt 76,61%.

3.4.3. Nghiên cứu quá trình tạo màng khi ngâm thép trong dung dịch lignin được chiết tách từ rơm rạ

Tiến hành chụp SEM bề mặt điện cực bề mặt thép CT3 được ngâm trong dung dịch lignin 4g/l được chiết tách từ rơm rạ trong 40 phút và so sánh với điện cực thép CT3 không ngâm trong lignin.

Hình 3.20. Hình ảnh SEM của bề mặt bị ăn mòn bằng thép được ngâm trong NaCl 3,5% không có mặt lignin tách chiết từ rơm rạ trong 24 giờ.

Hình 3.21. Hình ảnh SEM của bề mặt bị ăn mòn bằng thép được ngâm trong NaCl 3,5% có mặt lignin tách chiết từ rơm rạ trong 24 giờ.

Từ kết quả trên ta thấy rằng điện cực thép ngâm trong trong lignin có sự tạo lớp màng trên bề mặt thép, điều đó chứng tỏ lignin có khả năng ức chế ăn mòn kim loại trong không khí.

* Cơ chế ức chế ăn mòn:

Tác dụng ức chế của chiết xuất lignin là do sự hiện diện của một số nhóm chức trong dịch chiết được tìm thấy bởi kết quả đo quang phổ hồng ngoại IR ( Hình 3.3.) Cấu trúc của chiết xuất lignin được trình bày chứa nhiều nhóm chức – OH góp phần ức chế; đồng thời chứa nguyên tử oxi và vòng thơm là các trung tâm hấp phụ.

Cơ chế ức chế ăn mòn thép nhẹ trong dung dịch axit bởi các nhóm chức của dịch chiết có thể được giải thích trên cơ sở hấp phụ trên bề mặt kim loại. Điều này cho thấy hiệu quả ức chế của chiết xuất là do sự hiện diện của một số hoặc tất cả các thành phần hóa học của lignin thu được. Sự hấp phụ của các phân tử ức chế trên bề mặt thép nhẹ là do sự tương tác giữa các nguyên tử cho (các electron π của các nguyên tử cho O và vòng thơm của các chất ức chế) và chất nhận, nghĩa là obital d rỗng của các nguyên tử bề mặt sắt [29]. Các phân tử ức chế cũng có thể hấp thụ trên bề mặt kim loại dưới dạng các hạt tích điện âm có thể tương tác tĩnh điện với bề mặt kim loại tích điện dương, làm tăng độ phủ bề mặt và bảo vệ hiệu quả ngay cả trong trường hợp nồng độ chất ức chế thấp.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận:

Qua một thời gian nghiên cứu chiết tách lignin từ bột rơm rạ và ứng dụng làm chất ức chế ăn mòn kim loại chúng tôi rút ra một số kết luận như sau:

– Điều kiện tối ưu cho việc chiết tách lignin từ rơm rạ là: tỷ lệ mẫu : dung dịch HCl = 30g : 100 ml, với nồng ñộ dung dịch HCl là 2N tại nhiệt độ thủy phân là 86^oC thời gian tối ưu là 90 phút. Với điều kiện này thì lượng lignin từ rơm rạ là lớn nhất.

– Kết quả phân tích phổ hồng ngoại của lignin tách từ bột rơm rạ cho thấy sự xuất hiện các peak đặc trưng của các nhóm chức hyđroxyl – OH, nhóm ete C – O – C , vòng benzen.

– Lignin chiết tách từ bột rơm rạ có khả năng ức chế ăn mòn kim loại tuy nhiên hiệu quả bảo vệ chưa được cao nhứ một số chất ức chế ăn mòn từ các sản phẩm thiên nhiên khác. Với thời gian ngâm thép là 40 phút trong dung dịch lignin 4g/l thì hiệu quả ức chế ăn mòn trong dung dịch NaCl 3,5% là 49,53%; trong dung dịch HCl 0,5M là 76,61%.

– Lignin có khả năng tạo lớp màng trên bề mặt thép chứng tỏ lignin có khả năng chống ăn mòn kim loại trong môi trường không khí.

Như vậy khả năng ức chế ăn mòn của chiết tách lignin từ bột rơm rạ cho hiệu quả bảo vệ tương đối cao đặc biệt trong môi trường axit. Qua đó càng nâng cao giá trị sử dụng của rơm rạ trong thực tiễn.

Kiến nghị:

Do thời gian và phạm vi đề tài nghiên cứu có hạn, thông qua kết quả của đề tài, tôi mong muốn đề tài được phát triển rộng hơn về một số vần đề như:

– Tiếp tục nghiên cứu chiết tách lignin từ các nguồn thực vật khác nhau để tìm ra lượng ligin tối ưu nhất.

– Nghiên cứu khả năng ức chế ăn mòn của lignin đối với các kim loại khác như Cu, Sn, Al…

– Nghiên cứu khả năng ức chế ăn mòn của lignin trong các môi trường khác như: kiềm, không khí ẩm, nước cứng…

LIỆN HỆ:

SĐT+ZALO: 0935568275

E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\HOA HUU CO\NGUYEN THI TRA MY\SAU BAO VE\New folder