Chất ức chế ăn mòn kim loại gốc nước

Tổng quan

Hằng năm vấn đề ăn mòn đã tiêu tốn rất nhiều chi phí, thậm chí còn gây nguy hiểm cho các cấu kiện của nhà máy và các công trình dân dụng, công nghiệp, điện tử, viễn thông, dầu khí, quân sự, quốc phòng và đặc biệt là các công trình ven biển. Theo như thống kê khối lượng kim loại bị ăn mòn trung bình hàng năm trên thế giới khoảng 10 - 30% khối lượng kim loại được sản xuất ra. Chính vì vậy còn người đã tìm ra những biện pháp chống ăn mòn kim loại như dùng hợp kim chống gỉ, phủ lớp bảo vệ, sử dụng chất ức chế,...nếu dùng dầu chống gỉ lâu dài, có thể khắc phục được tình trạng gỉ sét nhưng khi sử dụng lại phải tẩy sạch dầu mỡ bằng những phụ gia đặc biệt, tốn kém về mặt kinh tế, mất thời gian. Cho nên việc cần thiết là nghiên cứu ra một loại chất chống gỉ gốc nước, không gây biến tính bề mặt và dễ dàng rửa sạch khi cần cho việc sản xuất tiếp theo.

Kim loại và sự ăn mòn

Ăn mòn là gì?

Ăn mòn được định nghĩa là sự tấn công vật liệu do những phản ứng hóa học, điện hóa thường xuyên với môi trường xung quanh. Theo định nghĩa này, thuật ngữ ăn mòn có thể áp dụng cho tất cả các vật liệu, kể cả phi kim loại. Nhưng trong thực tế, từ ăn mòn chủ yếu được sử dụng cho các vật liệu kim loại.

Tại sao kim loại bị ăn mòn? Ngoài vàng, bạch kim và một số kim loại khác, các kim loại không xuất hiện trong tự nhiên ở dạng nguyên chất. Chúng thường liên kết hóa học với các chất khác tạo thành quặng, chẳng hạn như sunfua, oxit,…Phải sử dụng năng lượng cao (ví dụ như trong lò cao) để chiết xuất kim loại từ sunfua, oxit,… để thu được kim loại tinh khiết.

Các dạng ăn mòn khác nhau

Các dạng ăn mòn khác nhau

Có nhiều dạng ăn mòn khác nhau nhưng trên thực tế chủ yếu nhất là ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa.

Ở đề tài này, ta xét sự ăn mòn trong điều kiện khí quyển – atmo spheric corrosion. Trong điều kiện nhiệt độ thường và không khí ẩm xảy ra sự ăn mòn kim loại và được gọi là ăn mòn ẩm. Các chất oxi hóa trong môi trường ăn mòn là những proton bị xonvat hóa hoặc là lượng oxi bị hòa tan vào môi trường ăn mòn. Ngoài ra còn có một số chất oxi hóa khác cũng gây ra sự ăn mòn kim loại. Ví dụ:

Các cation kim loại: Cu2+, Fe3+, Sn4+,…
Các anion: NO2-, CrO42-, MnO4-, OCl-,…
Các chất khí hòa tan vào môi trường ăn mòn: O2, SO2, Cl2,…

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự ăn mòn

Mức độ và tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào bản chất của kim loại và môi trường xung quanh.

Bản chất của kim loại

Diện tích tương đối của bộ phận anot và catot của kim loại
Độ tinh khiết của kim loại
Bản chất vật lí của kim loại
Bản chất của màng bề mặt

Bản chất của môi trường

Nhiệt độ
Độ ẩm của không khí
Tạp chất trong nước
Sự có mặt của các hạt lơ lửng trong khí quyển
Ảnh hưởng của pH
Bản chất của khí hòa tan, muối hòa tan, chất ô nhiễm

Phương pháp kiểm soát ăn mòn

Ăn mòn là những quá trình hoạt động âm thầm và gây tổn hại lớn. Nó đặt ra nhiều vấn đề cho các ngành công nghiệp lớn và nhỏ. Tuy nhiên sự ăn mòn là không thể tránh khỏi nhưng có thể giảm thiểu bằng cách áp dụng một số phương pháp chống ăn mòn nhất định. Các phương pháp thực tế hiện có để bảo vệ kim loại chống ăn mòn khá đa dạng, nhìn chung có thể dựa trên:

Biến tính kim loại
Sửa đổi thiết kế
Thay đổi môi trường ăn mòn
Cải tiến bề mặt
Sử dụng chất ức chế

Các phương pháp này có thể được sử dụng riêng lẻ hoặc kết hợp. Một trong những phương pháp chống ăn mòn được biết đến nhiều nhất là sử dụng chát ức chế ăn mòn thay vì sử dụng các phương pháp khác nhau để tránh hoặc ngăn chặn sự phá hủy hoặc xuống cấp của bề mặt kim loại. Đây là mục tiêu mà người sử dụng muốn hướng tới do chi phí thấp và dễ dàng thực hiện.

Định nghĩa và vai trò của chất ức chế ăn mòn kim loại

Định nghĩa

Chất ức chế là một chất hóa học hoặc sự kết hợp của các chất khi được thêm vào với nồng độ rất thấp trong môi trường ăn mòn có hiệu quả ngăn chặn hoặc làm giảm sự ăn mòn mà không phản ứng đáng kể với thành phần của môi trường. Nồng độ của chất ức chế có thể thay đổi trong một khoảng rất rộng. Các chất ức chế đóng một vai trò quan trọng trong các hệ thống môi trường tuần hoàn khép kín để đảm bảo nồng độ của chúng thích hợp và sẽ dễ dàng kiểm soát chúng. Vì dụ như trong hệ thống tuần hoàn nước làm mát, sản xuất dầu, lọc dầu,…Các chất ức chế có thể là các hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ và chúng được hòa tan trong môi trường nước.

Chất ức chế là chất khi được thêm vào môi trường với nồng độ nhỏ sẽ giảm thiểu sự mất kim loại, bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn, giảm quá trình phản ứng giữa axit và kim loại. Chúng hoạt động như một rào cản bằng cách tạo ra một lớp hấp phụ hoặc làm chậm quá trình anot, catot hoặc cả hai.

Mọi quá trình làm chậm ăn mòn hoặc giảm tốc độ oxi hóa của kim loại bằng cách thêm những chất hóa học vào hệ thống là do tác dụng của chất ức chế ăn mòn. Để sử dụng chúng một cách có hiệu quả, 3 yếu tố phải được xem xét đó là:

Xác định vấn đề ăn mòn
Xem xét bản chất của chất ức chế: chi phí chất ức chế, độc tính của chất ức chế có thể gây ảnh hưởng xấu đến con người và các loài sống khác, ưu tiên chất ức chế thân thiện với môi trường
Để giảm tránh hoặc giảm sự ăn mòn của vật liệu kim loại, chất ức chế được sử dụng trong hệ thống phải đáp ứng những tiêu chí:nó phải bảo vệ chống ăn mòn tốt ở nồng độ chất ức chế thấp, duy trì hiệu quả trong điều kiện hoạt động khắc nghiệt, không tạo cặn trên bề mặt kim loại, không gây độc hại và các vấn đề ô nhiễm

Vai trò

Các hợp chất vô cơ và hữu cơ tạo thành một nhóm lớn các chất ức chế ăn mòn, ảnh hưởng đến toàn bộ bề mặt của kim loại bị ăn mòn khi có mặt ở nồng độ vừa đủ. Hầu hết các hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ có chứa nguyên tố thuộc nhóm VB, VIB hoặc các nhóm chức của nhóm amin, cacbonyl và rượu, ức chế ăn mòn hiệu quả. Chất ức chế được hấp phụ hoàn toàn trên toàn bộ bề mặt kim loại do đó ngăn chặn sự tấn công từ sự ăn mòn. Có hai loại cơ bản về chất ức chế, chúng là những chất tạo thành một lớp màng bảo vệ trên cực dương hoặc cực âm bằng phản ứng giữa kim loại và môi trường. Loại chất ức chế này hoạt động ở môi trường trung tính hoặc kiềm, tạo trên bề mặt kim loại một lớp màng oxit hoặc hydroxit.
Phân loại chất ức chế:

Phân loại chất ức chế

Phân loại chất ức chế ăn mòn theo cơ chế

Chất ức chế anot

Chất ức chế anot (còn được gọi là chất ức chế thụ động) hoạt động bằng phản ứng khử anot, làm thụ động hóa bề mặt kim loại tức là hình thành lớp màng hấp phụ trên bề mặt kim loại. Có thể hiểu rằng, các chất ức chế phản ứng với sản phẩm ăn mòn tạo thành một màng gắn kết không tan trên bề mặt.

Cơ chế ức chế ăn mòn của chất ức chế anot

Các chất ức chế ở anot sẽ phản ứng với ion kim loại Mn+ được hình thành trên bề mặt anot, tạo thành các hydroxit không tan lắng đong trên bề mặt kim loại, có vai trò như một màng bảo vệ khiến cho kim loại không bị han gỉ. Để ức chế ăn mòn hiệu quả, cần lưu ý tới nồng độ của chất ức chế phải đủ cao. Nếu nồng độ không đủ lớn sẽ không thể che phủ hoàn toàn kim loại,, khiến cho kim loại vẫn có thể tiếp xúc với môi trường dẫn tới ăn mòn cục bộ.

Nồng độ chất ức chế anode nếu như nhỏ hơn giá trị cần thiết để bảo vệ kim loại thì mức độ nguy hại còn nhiều hơn, nó sẽ gây ra sự ăn mòn lỗ hoặc thúc đẩy quá trình ăn mòn.

Một vài ví dụ về chất ức chế anot là nitrate, molybdate, cromate, photphate, silicate,…

Chất ức chế catot

Trong quá trình ăn mòn, các chất ức chế catot ngăn chặn các phản ứng catot của bề mặt kim loại. Các chất ức chế này chứa các ion kim loại có khả năng tạo kết tủa hoặc hợp chất không tan với môi trường ăn mòn trên bề mặt kim loại nền, cụ thể là tạo thành các hydroxyt như Mg(OH)2, Zn(OH)2, Ni(OH)2,…lớp kết tủa này tạo thành màng bảo vệ phủ chắc chắn trên bề mặt kim loại nền và ngăn chặn sự khuếch tán oxi và các electron dẫn trong môi trường. Cơ chế được mô tả như sau:

Cơ chế ức chế ăn mòn của chất ức chế catot

Chất ức chế hữu cơ

Các chất ức chế vô cơ, đôi khi chúng hoạt động như một chất ức chế anot hoặc catot. Tuy nhiên xét theo nguyên tắc, thì chúng được coi như là một chất tạo màng, ngăn cho kim loại tiếp xúc với môi trường ăn mòn.

Cơ chế hoạt động của chất ăn mòn hữu cơ

Hiệu quả của chất ức chế hữu cơ phụ thuộc vào:

Cấu trúc hoá học, kích thước phân tử của phân tử hữu cơ
Tính thơm, liên kết hoá học, chiều dài của chuỗi cacbon
Bản chất của bề mặt kim loại

Hiệu quả của chất ức chế ăn mòn này liên quan tới sự hiện diện của các nhóm chức phân cực có các nguyên tử như S, O hay N trong phân tử, các hợp chất dị vòng và các điện tử pi. Do bề mặt kim loại được bao phù tỉ lệ với nồng độ chất ức chế, do vậy nồng độ của chất ức chế là vô cùng quan trọng.

Một số ví dụ là các amin, urê, mercaptobenzothiazole, benzotriazole, andehit, các hợp chất nito dị vòng, các hợp chất chứa lưu huỳnh và các hợp chất acetylenic, acid ascobic, acid steric, acid succinic, tryptamine, cafeine và các chiết xuất tự nhiên.

Tổng kết

Hi vọng rằng, với những thông tin trên có thể giúp bạn hiểu rõ hơn về Chất ức chế ăn mòn kim loại gốc nước. Nếu khách hàng có nhu cầu tìm mua các loại hóa chất và dung môi, hóa chất môi trường hay dung môi đừng ngần ngại mà hãy liên hệ với chúng tôi theo số hotline 0967 647 994 để được hỗ trợ tư vấn một cách nhanh chóng.