Luận văn Khảo sát khả năng ức chế ăn mòn thép và hợp kim đồng bởi một số chất ức chế ăn mòn thương mại trong hệ thống nước làm mát

Chöông 1 Toång quan 1 HEÄ THOÁNG NÖÔÙC LAØM MAÙT ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chöông 1 Toång quan 2 1.1. TOÅNG QUAN VEÀ HEÄ THOÁNG NÖÔÙC LAØM MAÙT 1.1.1. Khaùi nieäm cô baûn veà nöôùc [24], [25] Khoaûng ¾ dieän tích treân traùi ñaát ñöôïc bao quanh bôûi nöôùc. Nöôùc laø moät chaát raát caàn thieát cho söï soáng vaø hoaït ñoäng cuûa chuùng ta. Nöôùc coù raát nhieàu taùc duïng vaø tuyeät ñoái laø chaát khoâng theå thieáu treân traùi ñaát naøy. Bôûi vì nöôùc raát phong phuù, coù khaû naêng haáp thuï nhieät cöïc kyø lôùn, nöôùc taïo neân söï oån ñònh vaø kieåm soaùt thôøi tieát taát caû caùc nôi treân theá giôùi. Con ngöôøi ñaõ bieát taän duïng toát nhöõng tính chaát ñaëc bieät cuûa nöôùc ñeå phuïc vuï cho caùc ngaønh coâng nghieäp. Ngaøy nay, nöôùc laø chaát quan troïng nhaát vaø ñöôïc söû duïng roäng raõi nhaát trong coâng nghieäp laøm maùt. 1.1.1.1. Tính chaát cô baûn cuûa nöôùc Nöôùc ñöôïc söû duïng phoå bieán trong coâng nghieäp laøm maùt do coù ñoä daãn nhieät thaáp vaø nhieàu taùc duïng höõu ích cuûa noù. 1.1.1.2. Ñaëc tính cuûa dung moâi nöôùc Nöôùc laø dung moâi phaân cöïc neân hoøa tan ñöôïc nhöõng chaát phaân cöïc. Söï hoøa tan döïa vaøo quaù trình solvat hoùa. Nöôùc coù söùc caêng beà maët laø 58,9 dynes/cm ôû 1000C. Söùc caêng beà maët giaûm khi nhieät ñoä taêng. Nöôùc coù söùc caêng beà maët lôùn hôn haàu heát caùc chaát. Ngoaøi ra, nöôùc coù khaû naêng hoøa tan caùc chaát khí, ñaëc bieät laø khí oxy (taùc nhaân gaây ra aên moøn). Söï hoøa tan phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä, aùp suaát, vaø phaûn öùng cuûa chaát khí ñoù vôùi nöôùc. Trong nöôùc coù theå coù nhöõng chaát raén hoøa tan, nhöõng chaát raén lô löûng vaø laø moâi tröôøng thuaän lôïi cho söï phaùt trieån cuûa vi sinh. 1.1.2. Khaûo saùt heä thoáng nöôùc laøm maùt [16], [24], [25] Quaù trình laøm maùt laø quaù trình trao ñoåi nhieät töø moät chaát naøy vôùi moät chaát khaùc, nghóa laø coù moät chaát nhaän nhieät vaø moät chaát cho nhieät. Chaát cho nhieät hay chaát coù nhieät ñoä giaûm sau quaù trình trao ñoåi nhieät goïi laø “chaát ñöôïc laøm maùt” vaø chaát nhaän nhieät hay chaát coù nhieät ñoä taêng leân sau quaù trình trao ñoåi nhieät goïi laø “chaát laøm maùt”. ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chöông 1 Toång quan 3 Chaát laøm maùt thöôøng ñöôïc söû duïng nhieàu nhaát trong heä thoáng nöôùc laøm maùt laø nöôùc. ÔÛ Nhaät, coù khoaûng 149 trieäu khoái nöôùc saïch moãi ngaøy ñöôïc söû duïng cho caùc ngaønh coâng nghieäp, trong ñoù coù khoaûng 70% laø duøng cho heä thoáng nöôùc laøm maùt vaøo naêm 1961 [24]. Taïi sao nöôùc ñöôïc duøng phoå bieán ñeán nhö vaäy? Vì raèng, nöôùc chieám ¾ toång dieän tích beà maët cuûa traùi ñaát neân nöôùc raát phong phuù. Chuùng ta seõ deã daøng coù ñöôïc nöôùc vôùi chi phí raát thaáp, reû hôn baát kyø moät chaát laøm maùt naøo khaùc. Nöôùc deã daøng löu tröõ vaø vaän chuyeån ñeán nôi caàn söû duïng. Ngoaøi ra, nöôùc coù khaû naêng giöõ nhieät laâu hôn so vôùi haàu heát caùc chaát loûng khaùc, khoâng ñoäc vaø khoâng gaây aûnh höôûng ñeán moâi tröôøng sinh thaùi. Maëc duø nöôùc coù nhöõng öu ñieåm vöôït troäi nhö vaäy, nhöng noù cuõng khoâng phaûi laø hoaøn haûo. Neáu nöôùc khoâng ñöôïc xöû lyù ñuùng ñaén thì noù cuõng gaây ra nhöõng vaán ñeà cöïc kyø nghieâm troïng cho heä thoáng nhö: aên moøn, caùu, caën vaø söï phaùt trieån cuûa vi sinh, töø ñoù daãn ñeán laøm giaûm khaû naêng trao ñoåi nhieät, hao toån naêng löôïng, vaø nhieàu vaán ñeà khaùc, thaäm chí noù coù theå laøm caû heä thoáng phaûi ngöng hoaït ñoäng. Quaù trình trao ñoåi nhieät Nöôùc noùng ñi vaøo Boä trao ñoåi nhieät ñöôïc söû duïng trong heä thoáng laøm maùt Nöôùc maùt ñi ra Nöôùc maùt cuûa heä tho áng la øm maùt ñi va øo Nöôùc no ùng (sau khi haáp thu nhie ät) ñi raBTU's BTU's BTU laø nhieät löôïng caàn thieát ñeå naâng nhieät ñoä cuûa moät lb (pound) nöôùc leân moät ñoä F. Hình 1.1: Quaù trình trao ñoåi nhieät. Söï thaät veà nöôùc laø nhö vaäy, noù khoâng hoaøn toaøn “saïch”, khoaûng 4% cuûa nöôùc bieån (tính theo khoái löôïng) laø nhöõng chaát raén hoøa tan. Nöôùc chaûy töø caùc suoái, hoà, soâng ñeàu coù chöùa nhöõng khoaùng chaát hoøa tan, buøn vaø caû nhöõng vi sinh vaät nhö vi khuaån, taûo. Thaäm chí, nöôùc möa laø nöôùc tinh khieát nhaát cuûa thieân nhieân cuõng vaãn ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chöông 1 Toång quan 4 coù buïi vaø khí hoøa tan. Nhöõng nhaân toá naøy seõ goùp phaàn nhanh choùng laøm hö hoûng thieát bò. Nöôùc nhieãm baån ñöôïc duøng cho heä thoáng laøm maùt laø moät trong nhöõng nguyeân nhaân chính gaây neân nhöõng vaán ñeà nghieâm troïng cho heä thoáng nhö: aên moøn, caùu, caën vaø vi sinh. Vôùi moät caùch nhìn toång quaùt veà caùc heä thoáng nöôùc laøm maùt hieän nay, nhöõng vaán ñeà treân chaéc chaén xaûy ra vaø vai troø cuûa quaù trình xöû lyù nöôùc laø heát söùc quan troïng vaø caàn thieát. Söï bay hôi (Evaporation) laø quaù trình nöôùc noùng giaûi phoùng nhieät ra moâi tröôøng khí quyeån, vì theá, nöôùc trôû neân nguoäi laïi vaø khi ñoù tieáp tuïc trao ñoåi nhieät. Moät trong nhöõng giai ñoaïn nöôùc phaûi ñi ngang qua trong quaù trình laøm maùt laø söï bay hôi. Nhieàu heä thoáng laøm maùt söû duïng söï bay hôi ñeå haï nhieät ñoä cuûa nöôùc maø tröôùc ñoù nöôùc ñöôïc nhaän nhieät töø moät quaù trình khaùc. Sau khi ñaõ nhaän nhieät, nhöõng phaân töû nöôùc di chuyeån nhanh hôn, khi moät phaân töû tích tröõ ñuû löôïng nhieät caàn thieát thì noù seõ phaù vôõ lieân keát giöõa caùc phaân töû, ñoù ñöôïc goïi laø söï bay hôi. 1.1.2.1. Caùc loaïi heä thoáng nöôùc laøm maùt [24], [25] Coù 3 loaïi cô baûn cuûa heä thoáng nöôùc laøm maùt thöôøng ñöôïc söû duïng trong coâng nghieäp: 1. Chaûy qua moät laàn (Once-through). 2. Tuaàn hoaøn kín (Closed recirculating). 3. Tuaàn hoaøn hôû (Open recirculating). Vôùi heä thoáng naøo ñi nöõa, thì vaán ñeà cô baûn vaãn laø söï trao ñoåi nhieät. A. Heä thoáng chaûy qua moät laàn Vôùi teân goïi chaûy qua moät laàn, noù ñaõ moâ taû caùch hoaït ñoäng cuûa heä thoáng naøy. Nöôùc chaûy moät laàn qua heä thoáng trao ñoåi nhieät, haáp thu nhieät vaø thaûi trôû laïi ra nguoàn nöôùc thieân nhieân. Do ñaëc tính naøy, heä thoáng duøng moät löôïng nöôùc raát lôùn khi hoaït ñoäng. Vì vaäy, heä thoáng laøm maùt chaûy qua moät laàn ñöôïc xaây döïng ôû moät nôi roäng raõi, gaàn nguoàn nöôùc nhö bieån, soâng, hoà. Tuy nhieân, do taàm quan troïng cuûa vieäc ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chöông 1 Toång quan 5 baûo toàn nguoàn nöôùc thieân nhieân neân nhieàu heä thoáng chaûy qua moät laàn thaûi nöôùc trôû laïi heä thoáng laøm maùt tuaàn hoaøn. Heä thoáng chaûy qua moät laàn NÖÔÙC NOÙNG NÖÔÙC MAÙT BÔM Ñaëc tính y Nhieät ñoä trung bình thay ñoåi töø 3-6°C. y Löôïng nöôùc söû duïng: raát lôùn. Boä trao ñoåi nhieät Hình 1.2: Heä thoáng chaûy qua moät laàn. B. Heä thoáng tuaàn hoaøn kín Vôùi heä thoáng tuaàn hoaøn, nöôùc laøm maùt sau khi trao ñoåi nhieät vaãn tieáp tuïc taùi söû duïng trôû laïi. Ban ñaàu, nöôùc ñoùng vai troø laø chaát laøm maùt, nhaän nhieät töø quaù trình saûn xuaát (khi ñoù nhieät ñoä nöôùc taêng leân) vaø ñeå coù theå tieáp tuïc söû duïng laïi nhö chaát laøm maùt thì noù phaûi ñöôïc laøm giaûm löôïng nhieät maø noù ñaõ nhaän. Coù hai loaïi heä thoáng vaän haønh theo nguyeân lyù treân laø heä thoáng tuaàn hoaøn kín vaø heä thoáng tuaàn hoaøn hôû. Trong heä thoáng tuaàn hoaøn kín, nhieät ñöôïc trao ñoåi giöõa nöôùc laøm maùt vôùi nhöõng heä thoáng sinh nhieät. Sau khi nhaän nhieät, nöôùc laøm maùt trôû neân noùng vaø noù ñöôïc giaûi nhieät bôûi moät heä thoáng laøm maùt khaùc. Sau khi giaûi nhieät xong, nöôùc trôû veà traïng thaùi nhieät ñoä ban ñaàu vaø tieáp tuïc ñöôïc bôm ñi laøm maùt. Ta thaáy, nöôùc ñöôïc bôm ñi tuaàn hoaøn trong heä thoáng, noù khoâng bò maát ñi cuõng khoâng coù söï bay hôi. Cho neân heä thoáng loaïi naøy ñöôïc goïi laø heä thoáng tuaàn hoaøn kín. ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chöông 1 Toång quan 6 Heä thoáng tuaàn hoaøn kín THIEÁT BÒ LAØM MAÙT BÔM NÖÔÙC MAÙT Ñaëc tính • Nhieät ñoä trung bình thay ñoåi töø 5-10°C. • Löôïng nöôùc söû duïng: thaáp. Boä trao ñoåi nhieät NÖÔÙC NOÙNG Hình 1.3: Heä thoáng tuaàn hoaøn kín. C. Heä thoáng tuaàn hoaøn hôû Cuõng laø heä thoáng tuaàn hoaøn, nhöng heä thoáng tuaàn hoaøn hôû ñöôïc söû duïng phoå bieán vaø nhieàu nhaát trong coâng nghieäp laøm maùt. Heä thoáng tuaàn hoaøn hôû laø nhöõng heä thoáng tuaàn hoaøn tieáp xuùc vôùi moâi tröôøng khí quyeån ôû ngay thaùp giaûi nhieät. Nöôùc sau khi nhaän nhieät trôû veà thaùp. Vì doøng nöôùc chaûy töø treân thaùp xuoáng, nhieät ñöôïc laáy ñi töø moät tieán trình maø ôû ñoù coù söï bay hôi nöôùc. Nöôùc sau khi ñöôïc laøm maùt tieáp tuïc trôû laïi chu trình trao ñoåi nhieät vaø laáy löôïng nhieät nhieàu hôn. Ta thaáy, nöôùc ñöôïc bôm tuaàn hoaøn trong heä thoáng neân goïi laø heä thoáng tuaàn hoaøn. Do nöôùc coù söï tieáp xuùc vôùi moâi tröôøng khí quyeån, coù söï bay hôi neân goïi laø hôû. Nhöõng heä thoáng laøm maùt naøo hoaït ñoäng theo nguyeân lyù treân thì ñöôïc goïi laø heä thoáng tuaàn hoaøn hôû. ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chöông 1 Toång quan 7 Heä thoáng tuaàn hoaøn hôû NÖÔÙC CAÁP BÔM XAÛ Ñaëc tính • Nhieät ñoä trung bình thay ñoåi töø 11-17 °C. • Löôïng nöôùc söû duïng: vöøa phaûi. Boä trao ñoåi nhieät THAÙP GIAÛI NHIEÄT NÖÔÙC MAÙT NÖÔÙC NOÙNG Hình 1.4: Heä thoáng tuaàn hoaøn hôû. Heä thoáng naøy goàm ba thaønh phaàn: bôm tuaàn hoaøn, boä trao ñoåi nhieät vaø thaùp giaûi nhieät. a. Bôm tuaàn hoaøn (Recirculation pump) Tieán trình giaûi nhieät baét ñaàu khi nöôùc laïnh ñöôïc bôm tuaàn hoaøn trong heä thoáng qua boä trao ñoåi nhieät vaø sau cuøng trôû veà thaùp giaûi nhieät. Maëc duø bôm laø moät thieát bò ñôn giaûn nhöng noù laø nhaân toá quan troïng goùp phaàn vaøo quaù trình giaûi nhieät, vì bôm giuùp cho nöôùc luoân luoân chaûy trong heä thoáng. b. Boä trao ñoåi nhieät (Heat exchanger) Nöôùc ñöôïc laøm maùt luùc naøo cuõng giöõ maùt thoâng qua thieát bò ñieàu chænh nhieät ñoä. Thieát bò naøy ñoùng vai raát quan troïng trong heä thoáng laøm maùt, goïi laø boä trao ñoåi nhieät. Boä trao ñoåi nhieät thöôøng goàm coù hai phaàn ngaên caùch nhau. Chaát loûng ñöôïc laøm maùt chaûy qua moät phaàn. Chaát laøm maùt chaûy qua phaàn coøn laïi. Hai chaát naøy khoâng troän laãn vôùi nhau maø chæ tieáp xuùc nhau qua dieän tích moûng cuûa beà maët kim loaïi. ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chöông 1 Toång quan 8 c. Thaùp giaûi nhieät (Cooling tower) Vì nöôùc trong heä thoáng tuaàn hoaøn hôû ñöôïc söû duïng vaø tieáp tuïc söû duïng trôû laïi, cho neân nöôùc sau khi haáp thuï nhieät thoâng qua boä trao ñoåi nhieät caàn ñöôïc laáy ra ñeå coù theå tieáp tuïc taùi söû duïng. Coâng vieäc naøy ñöôïc thöïc hieän thoâng qua thaùp giaûi nhieät. Trong heä thoáng tuaàn hoaøn hôû, thaùp giaûi nhieät döïa vaøo söï bay hôi ñeå laøm giaûm nhieät ñoä cuûa nöôùc. Nöôùc sau khi trôû veà töø boä trao ñoåi nhieät, ñöôïc chaûy vaøo moät heä thoáng phaân boá nöôùc ñaët beân trong thaùp, nöôùc ñöôïc rôi töø treân xuoáng thoâng qua söï ñònh höôùng cuûa nhöõng maøng moûng hay nhöõng voøi phun. Muïc ñích laø ñeå laøm taêng dieän tích tieáp xuùc toái ña cuûa nöôùc vôùi khoâng khí. Phía treân ñænh thaùp coù ñaët moät caùi quaït huùt ñeå taêng söï trao ñoåi nhieät cuûa nöôùc vôùi khoâng khí. Nhôø vaäy maø nöôùc ñöôïc giaûi nhieät. Tuy nhieân, chính söï tieáp xuùc vôùi khoâng khí laøm cho nöôùc trôû neân nhieãm baån, cuøng vôùi söï bay hôi laøm taêng ñoä coâ ñaëc cuûa nöôùc. Neáu ta khoâng coù bieän phaùp xöû lyù thì noàng ñoä caùc chaát trong nöôùc seõ taêng cao vaø ñaây laø moät trong nhöõng nguyeân nhaân raát nguy hieåm gaây neân hieän töôïng aên moøn, caùu, caën vaø söï phaùt trieån vi sinh trong heä thoáng giaûi nhieät. Khoâng chæ heä thoáng tuaàn hoaøn hôû maø heä thoáng tuaàn hoaøn kín vaø heä thoáng chaûy qua moät laàn cuõng chòu aûnh höôûng cuûa boán yeáu toá treân. Vaø ñaây cuõng chính laø boán vaán ñeà chính trong heä thoáng laøm maùt maø ta caàn phaûi nghieân cöùu. 1.1.2.2. Nhöõng vaán ñeà chính trong heä thoáng nöôùc laøm maùt [18], [24], [26] Nöôùc caáp cho heä thoáng laøm maùt coù theå xem nhö laø saïch (ví duï nhö laø söû duïng nöôùc caáp thaønh phoá) hoaëc thaäm chí laø nöôùc ñaõ ñöôïc loïc nhöõng chaát raén hoøa tan hoaëc nhöõng chaát raén lô löûng thì nöôùc vaãn coù taùc ñoäng nguy hieåm ñeán hieäu quaû cuûa heä thoáng nhö laø buïi, ñaát, buøn, khoaùng chaát, khí hoøa tan vaø vi sinh vaät. Neáu khoâng ñöôïc xöû lyù, chuùng daàn daàn seõ tích tuï nhieàu hôn vaø seõ laø taùc nhaân nguy hieåm aûnh höôûng xaáu ñeán hieäu quaû trao ñoåi nhieät, taêng chi phí baûo trì vaø thaäm chí laøm döøng toaøn boä heä thoáng. ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chöông 1 Toång quan 9 AÊn moøn CaùuCaën Söï phaùt trieån vi sinh Hình 1.5: Moái quan heä giöõa aên moøn, caùu, caën vaø söï phaùt trieån vi sinh trong heä thoáng laøm maùt. Hình 1.5 bieåu dieãn moái lieân heä cuûa boán vaán ñeà chính trong heä thoáng laøm maùt nhö: aên moøn, caùu, caën vaø söï phaùt trieån vi sinh. Boán vaán ñeà naøy khoâng toàn taïi ñoäc laäp maø chuùng coù moái quan heä taùc ñoäng qua laïi vôùi nhau; vaán ñeà naøy phaùt trieån taïo ñieàu kieän cho caùc vaán ñeà coøn laïi phaùt trieån. Ví duï: söï phaùt trieån cuûa vi sinh daãn ñeán söï phaùt trieån cuûa nhöõng loaïi vi sinh gaây ra aên moøn (nhö: vi khuaån khöû saét, vi khuaån khöû sun phaùt) [30], keát quaû laø thieát bò hö hoûng. AÊn moøn daãn ñeán söï taïo thaønh caùu, caën treân beà maët cuûa boä trao ñoåi nhieät, daãn ñeán giaûm hieäu quaû trao ñoåi nhieät; döôùi lôùp caùu laø söï phaùt trieån cuûa aên moøn loã raát nguy hieåm, … Toùm laïi, ñeå coù theå thu ñöôïc moät keát quaû toát trong khi vaän haønh heä thoáng laøm maùt thì boán vaán ñeà treân phaûi ñöôïc kieåm soaùt ñoàng thôøi. ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chöông 1 Toång quan 10 1.2. CÔ SÔÛ LYÙ THUYEÁT VEÀ AÊN MOØN ÑIEÄN HOÙA 1.2.1. Ñònh nghóa vaø phaân loaïi aên moøn kim loaïi 1.2.1.1. Ñònh nghóa AÊn moøn kim loaïi laø söï phaù huûy beà maët kim loaïi do töông taùc hoùa hoïc vaø ñieän hoùa hoïc vôùi moâi tröôøng beân ngoaøi. 1.2.1.2. Phaân loaïi A. Theo cô cheá cuûa quaù trình aên moøn - AÊn moøn hoùa hoïc laø quaù trình aên moøn do töông taùc hoùa hoïc giöõa kim loaïi vôùi moâi tröôøng. - AÊn moøn ñieän hoùa laø quaù trình aên moøn do töông taùc ñieän hoùa hoïc giöõa kim loaïi vôùi moâi tröôøng, phaûn öùng ñieän hoùa xaûy ra treân hai vuøng khaùc nhau cuûa beà maët kim loaïi, vuøng anoát vaø vuøng catoát. Toác ñoä aên moøn phuï thuoäc vaøo ñieän theá ñieän cöïc cuûa kim loaïi, moâi tröôøng aên moøn, nhieät ñoä, … B. Theo ñieàu kieän cuûa quaù trình aên moøn - AÊn moøn khí laø aên moøn kim loaïi trong khí, thöôøng xaûy ra ôû nhieät ñoä cao. - AÊn moøn khí quyeån laø aên moøn kim loaïi trong ñieàu kieän khí quyeån töï nhieân. - AÊn moøn trong chaát ñieän giaûi laø aên moøn kim loaïi xaûy ra trong chaát loûng daãn ñieän. - AÊn moøn trong ñaát. - AÊn moøn do doøng ñieän ngoaøi laø aên moøn ñieän hoùa do töông taùc vôùi doøng ñieän ngoaøi. - AÊn moøn tieáp xuùc laø aên moøn ñieän hoùa gaây ra do kim loaïi coù ñieän theá khaùc nhau tieáp xuùc vôùi nhau. ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chöông 1 Toång quan 11 - AÊn moøn do öùng suaát laø aên moøn do töông taùc ñoàng thôøi cuûa moâi tröôøng aên moøn vaø öùng suaát cô hoïc. - AÊn moøn do sinh vaät laø aên moøn trong tröôøng hôïp coù moät soá vi sinh vaät hoaït ñoäng tieát ra nhöõng chaát laøm taêng quaù trình aên moøn. C. Theo ñaëc tröng cuûa daïng aên moøn - AÊn moøn toaøn boä laø aên moøn treân toaøn boä beà maët cuûa kim loaïi. - AÊn moøn ñeàu laø aên moøn nhö nhau treân beà maët kim loaïi. - AÊn moøn khoâng ñeàu laø aên moøn khoâng ñeàu treân beà maët kim loaïi. - AÊn moøn choïn löïa laø aên moøn chæ phaù huyû moät pha naøo ñoù trong caáu truùc hôïp kim, hay moät caáu töû naøo ñoù cuûa hôïp kim. - AÊn moøn cuïc boä laø aên moøn chæ moät vaøi phaàn treân beà maët kim loaïi. - AÊn moøn veát laø aên moøn taïo thaønh nhöõng veát daøi treân beà maët kim loaïi. - AÊn moøn hoá laø aên moøn taïo thaønh hoá, coù choã saâu choã caïn. - AÊn moøn ñieåm laø aên moøn ôû daïng nhöõng ñieåm khaùc nhau treân kim loaïi vôùi ñöôøng kính töø 0,1 mm ñeán 1,2 mm. - AÊn moøn döôùi beà maët laø aên moøn ban ñaàu treân beà maët nhöng daàn daàn öu tieân döôùi beà maët. - AÊn moøn giöõa caùc tinh theå laø aên moøn raát nguy hieåm vì khoâng thay ñoåi daïng beà maët beân ngoaøi, nhöng laøm giaûm nhanh ñoä beàn vaø ñoä deûo cuûa kim loaïi. - AÊn moøn nöùt laø aên moøn khi taùc ñoäng ñoàng thôøi hai nhaân toá laø aên moøn vaø cô hoïc. Kim loaïi khoâng nhöõng nöùt ôû giöõa caùc giôùi haïn haït maø coøn xuyeân qua tinh theå. ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chöông 1 Toång quan 12 1.2.2. Ñieän theá ñieän cöïc vaø cô cheá aên moøn ñieän hoùa 1.2.2.1. Ñieän theá ñieän cöïc Khi kim loaïi tieáp xuùc vôùi chaát ñieän giaûi thì xaûy ra söï töông taùc giöõa chaát ñieän giaûi vaø kim loaïi. Treân beà maët phaân chia giöõa hai pha seõ xuaát hieän lôùp ñieän tích keùp vaø böôùc nhaûy ñieän theá goïi laø ñieän theá ñieän cöïc. Nguyeân nhaân laø do: - Cation kim loaïi chuyeån moät phaàn töø kim loaïi ra dung dòch vaø töø dung dòch vaøo kim loaïi khi ñaït ñeán traïng thaùi caân baèng ñoäng. - Kim loaïi haáp thu choïn loïc caùc anion hoaëc laø caùc phaân töû löôõng cöïc trong dung dòch. - Xuaát hieän böôùc nhaûy ñieän theá do keát hôïp hai nguyeân nhaân treân nghóa laø coù söï haáp thuï anion, phaân töû coù cöïc treân beà maët kim loaïi trong ñieàu kieän cation kim loaïi chuyeån töø beà maët kim loaïi vaøo dung dòch hay töø dung dòch vaøo kim loaïi. Nhö ta bieát, böôùc nhaûy theá giöõa hai pha khoâng theå ño ñöôïc, nhöng coù theå ño ñöôïc söùc ñieän ñoäng cuûa pin töø ñieän cöïc nghieân cöùu vaø ñieän cöïc tieâu chuaån. 1.2.2.2. Cô cheá aên moøn ñieän hoùa Hieän töôïng aên moøn kim loaïi trong moâi tröôøng nöôùc coù theå giaûi thích baèng caùc phaûn öùng ñieän hoùa. Khi kim loaïi naèm trong moâi tröôøng nöôùc thöôøng xaûy ra ñoàng thôøi ba quaù trình: quaù trình oxy hoùa vaø quaù trình khöû treân beà maët kim loaïi cuøng vôùi söï chuyeån ñieän töû töø anoát sang catoát (Hình 1.6). ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chöông 1 Toång quan 13 Hình 1.6: Quaù trình aên moøn. - Quaù trình oxy hoùa (ôû anoát): Kim loaïi maát ñieän töû taïo thaønh ion vaø bò hydrat hoùa ñi vaøo dung dòch. Moät soá phaûn öùng xaûy ra ôû anoát nhö: Fe → Fe2+ + 2e- 2Fe + 3H2O → Fe2O3 + 6H+ + 6e- Fe2+ + 2H2O → FeOOH + 3H+ + e- Fe2+ + 2Cl- → FeCl2 Tuøy vaøo pH cuûa nöôùc maø aûnh höôûng ñeán söï hình thaønh lôùp oxyùt vaø phaùt trieån loã. - Quaù trình chuyeån ñieän töû töø vuøng anoát sang vuøng catoát trong kim loaïi vaø chuyeån anion ñeán anoát vaø cation ñeán catoát trong dung dòch ñieän ly. - Quaù trình khöû (ôû catoát): Caùc chaát coù tính oxy hoùa hieän dieän trong nöôùc nhaän ñieän töû töø kim loaïi. Moät soá phaûn öùng xaûy ra ôû catoát nhö: . Moâi tröôøng axít (pH < 7) khoâng coù oxy: 2H+ + 2e- → H2 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chöông 1 Toång quan 14 . Moâi tröôøng axít (pH < 7) coù oxy: O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O . Moâi tröôøng trung tính hoaëc kieàm (pH ≥ 7): 2H2O + 2e- → H2 + 2OH- O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- Ngoaøi ra, coù moät soá phaûn öùng thöù caáp cuûa saûn phaåm sinh ra trong caùc phaûn öùng ñieän cöïc. Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2 2Fe(OH)2 + ½ O2 + H2O → 2Fe(OH)3 ↓ 2Fe(OH)3 → Fe2O3.H2O (gæ saét) + 2H2O Caùc phaûn öùng ñieän cöïc vôùi söï dòch chuyeån ñieän töû trong khoái kim loaïi vaø caùc ion trong nöôùc daãn ñeán söï hình thaønh moät doøng ñieän vaø xuaát hieän treân ranh giôùi kim loaïi/dung dòch moät ñieän theá. Moät khi ñaõ xuaát hieän ñieän theá seõ coù taùc ñoäng choáng laïi caùc quaù trình treân, daãn ñeán thieát laäp moät caân baèng ñoäng giöõa hai quaù trình naøy. Taïi traïng thaùi caân baèng ñoäng naøy (traïng thaùi döøng) toác ñoä phaûn öùng oxy hoùa (xaùc ñònh baèng maät ñoä doøng anoát, ia) baèng toác ñoä phaûn öùng khöû (xaùc ñònh baèng maät ñoä doøng catoát, ic). Theá ñieän cöïc taïi traïng thaùi caân baèng ñöôïc goïi laø theá aên moøn Ecorr . 1.2.3. Baûo veä kim loaïi khoûi söï aên moøn [19] Ñeå baûo veä kim loaïi khoûi söï aên moøn, ngöôøi ta duøng nhieàu phöông phaùp khaùc nhau: 1.2.3.1. Baûo veä ñieän hoùa Ñeå baûo veä caùc coâng trình ngaàm döôùi ñaát hoaëc trong nöôùc soâng, bieån (nhö ñöôøng oáng, beå chöùa, taøu bieån, …) ngöôøi ta thöôøng duøng phöông phaùp baûo veä catoát baèng doøng ñieän moät chieàu beân ngoaøi hoaëc duøng anoát hy sinh (protector). ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chöông 1 Toång quan 15 - Baûo veä catoát baèng doøng ñieän ngoaøi: Ñeå thöïc hieän, ta noái kim loaïi caàn baûo veä vôùi cöïc aâm cuûa nguoàn ñieän moät chieàu, coøn cöïc döông noái vôùi anoát phuï. - Baûo veä baèng anoát hy sinh: Ñeå thöïc hieän, ta noái kim loaïi caàn baûo veä vôùi kim loaïi khaùc coù ñieän theá aâm hôn kim loaïi caàn baûo veä (goïi laø protector); nhö ñeå baûo veä theùp khoûi aên moøn ñieän hoùa, ta noái theùp vôùi protector laøm baèng magieâ, nhoâm hoaëc keõm. 1.2.3.2. Lôùp phuû baûo veä A. Lôùp phuû kim loaïi Ñeå baûo veä kim loaïi A khoûi söï aên moøn, ngöôøi ta phuû leân beà maët kim loaïi A moät lôùp kim loaïi khaùc theo phöông phaùp nhieät hoaëc maï. Trong coâng nghieäp, ngöôøi ta öùng duïng roäng raõi caùc lôùp phuû nhö traùng keõm, traùng thieác, traùng nhoâm, … B. Lôùp phuû phi kim loaïi Ñeå baûo veä kim loaïi khoûi bò aên moøn trong ñieàu kieän khí quyeån, phoå bieán laø traùng men vaø sôn. 1.2.3.3 Baûo veä baèng chaát öùc cheá Baûo veä kim loaïi baèng caùc chaát öùc cheá aên moøn laø moät trong nhöõng phöông phaùp phoå bieán coù hieäu quaû kinh teá choáng aên moøn trong nhieàu moâi tröôøng. Chaát öùc cheá coù khaû naêng laøm giaûm aên moøn ngay caû khi noù ôû noàng ñoä raát thaáp, laøm quaù trình aên moøn kim loaïi giaûm ñi raát nhieàu laàn. Caùc chaát öùc cheá thöôøng ñöôïc söû duïng nhö muoái phoát phaùt, muoái silicat, muoái molipdat, … [21], [27], [28]. ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chöông 1 Toång quan 16 1.3. GIÔÙI THIEÄU NHÖÕNG CHAÁT ÖÙC CHEÁ AÊN MOØN ÑÖÔÏC SÖÛ DUÏNG TRONG HEÄ THOÁNG NÖÔÙC LAØM MAÙT 1.3.1. Nhöõng chaát öùc cheá ñöôïc söû duïng trong heä thoáng laøm maùt Maëc duø coù raát nhieàu nhöõng thieát keá caûi tieán trong heä thoáng laøm maùt ñeå haïn cheá toái ña aên moøn, nhöng vieäc söû duïng chaát öùc cheá vaãn raát caàn thieát ñeå kieåm soaùt aên moøn trong heä thoáng. Keå caû trong caùc heä thoáng khaùc nhö heä thoáng loø hôi, heä thoáng ngöng tuï, heä thoáng daãn nöôùc cuõng töông töï nhö vaäy. Moät tieán trình aên moøn phaûi coù ñuû ba ñieàu kieän xaûy ra ñoàng thôøi laø: phaûn öùng anoát, phaûn öùng catoát vaø söï di chuyeån ñieän töû töø anoát sang catoát trong kim loaïi. Vì vaäy, söû duïng hoùa chaát öùc cheá aên moøn cuõng döïa vaøo caùc ñieàu kieän treân hoaëc laø öùc cheá anoát, hoaëc laø öùc cheá catoát, hoaëc laø öùc cheá caû anoát laãn catoát, hoaëc laø öùc cheá daïng phuû lôùp maøng baûo veä. 1.3.1.1. Chaát öùc cheá anoát [24] Taùc duïng cuûa chaát öùc cheá aên moøn anoát laø ngaên caûn phaûn öùng anoát xaûy ra. Ñeå öùc cheá aên moøn, chaát öùc cheá aên moøn anoát phaûi laøm giaûm söï hoøa tan cuûa kim loaïi. Thí duï nhö saét (Fe) bò aên moøn bôûi oxy trong nöôùc chuyeån thaønh ion saét (Fe2+), roài sau ñoù chuyeån sang saét hydroâxyùt (Fe(OH)2), laø daïng keát tuûa gæ saét, xoáp, khoâng coù tính baûo veä. Chöùc naêng cuûa chaát öùc cheá anoát hoaëc laø taïo moät lôùp oxyùt baûo veä, hoaëc laø ôû daïng keát tuûa muoái (gioáng nhö lôùp oxyùt) ñeå laøm giaûm söï taùc ñoäng vaät lyù vaø hoùa hoïc treân kim loaïi ôû vò trí anoát. Lôùp maøng baûo veä phaûi ngaên chaën söï hoøa tan ion kim loaïi vaøo trong dung dòch, hoaëc ion trong dung dòch baùm leân beà maët kim loaïi. A. Croâmaùt (CrO42-) [34] Töø raát laâu, croâmaùt laø moät chaát öùc cheá aên moøn anoát raát toát ñöôïc söû duïng roäng raõi trong heä thoáng nöôùc laøm maùt. Tuy nhieân ngaøy nay, vì söï nguy haïi ñeán moâi tröôøng, ngöôøi ta raát ít söû duïng chaát naøy. Croâmaùt laø moät chaát oxy hoùa raát maïnh. Noù oxy hoùa Fe2+ thaønh Fe3+, haàu nhö maét thöôøng khoâng theå nhìn thaáy ñöôïc lôùp gamma oxyùt saét (FeOOH) baùm raát chaët vaø ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chöông 1 Toång quan 17 moûng treân beà maët theùp. Croâmaùt cuõng laøm taêng theá ñieän hoùa cuûa heä thoáng, vì vaäy maø theá cuûa kim loaïi nhanh choùng chuyeån vaøo vuøng thuï ñoäng. Söï oxy hoùa naøy khoâng caàn oxy. Haøm löôïng croâmaùt phaûi baûo ñaûm ñuû trong nöôùc ñeå oxy hoùa taát caû caùc vò trí anoát vaø chuyeån sang thuï ñoäng. Neáu khoâng caáp ñuû croâmaùt seõ daãn ñeán aên moøn loã raát nguy hieåm. Croâmaùt duøng ôû möùc ≥ 100 ppm laø caàn duøng ñeå thuï ñoäng hoùa beà maët kim loaïi ôû khoaûng ñoä pH 6,5 ÷ 7,5. Cuõng coù theå duøng croâmaùt vôùi löôïng thaáp (30 ppm) khi keát hôïp vôùi moät chaát öùc cheá khaùc ñeå traùnh aên moøn loã khi chæ duøng coù croâmaùt. B. Nitrít (NO2-) Nitrít laø chaát ít ñoäc hôn croâmaùt, ñöôïc duøng thay cho croâmaùt raát hieäu quaû. Nitrít cuõng laø moät chaát oxy hoùa, noù öùc cheá aên moøn theùp cacbon raát toát [33]. Nitrít oxy hoùa Fe2+ thaønh lôùp oxyùt saét (III) treân beà maët theùp. Lôùp oxyùt naøy raát moûng vaø baùm raát chaët giuùp hình thaønh lôùp gamma oxyùt saét. Söï oxy hoùa cuûa nitrít cuõng khoâng caàn söï hieän dieän cuûa oxy, nhöng neáu coù oxy hieän dieän cuõng khoâng aûnh höôûng ñeán söï thuï ñoäng. Nitrít duøng ôû möùc cao (500-1500 ppm) ñeå thuï ñoäng hoùa theùp cacbon [24]. Ñieàu baát lôïi laø khi coù vi khuaån khöû nitrit phaùt trieån, noù seõ chuyeån nitrít (NO2-) thaønh nitraùt (NO3-). Nitraùt thì khoâng coù hieäu quaû öùc cheá aên moøn theùp cacbon. Axít hypocloric (HClO) töø daïng hoøa tan cuûa khí Clo (Cl2) [24] cuõng oxy hoùa nitrít thaønh nitraùt. Vì theá, nitrít thöôøng ít ñöôïc söû duïng trong heä thoáng laøm maùt. Neáu söû duïng thì nitrít ñöôïc duøng cho heä thoáng kín, töø ñoä pH 8 ñeán pH 11, keát hôïp vôùi chaát dieät khuaån khoâng coù tính oxy hoùa. Nitrít coù tính thuï ñoäng hoùa beà maët theùp raát nhanh khi duøng ôû haøm löôïng cao. Chính vì theá, nitrít ñöôïc duøng ñeå thuï ñoäng hoùa cho nhöõng heä thoáng môùi baét ñaàu vaän haønh. Tuy nhieân, vieäc thaûi nitrít vaø nitraùt ra ngoaøi moâi tröôøng cuõng phaûi raát haïn cheá, cho neân ñoù cuõng laø ñieàu haïn cheá khi söû duïng nitrít. Cuõng nhö croâmaùt, nitrít raát nguy hieåm khi söû duïng moät mình vì vaán ñeà aên moøn loã seõ xaûy ra khi nitrít duøng ôû möùc thaáp hôn caàn thieát. Hieäu quaû khi söû duïng nitrít baûo veä aên moøn cuõng phaûi baûo ñaûm luoân caû vaán ñeà aên moøn loã. ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chöông 1 Toång quan 18 C. Molipdat (MoO42-) [28] Molipdat ñöôïc söû duïng ñeå öùc cheá aên moøn cuõng raát toát trong caû heä thoáng kín vaø hôû. Molipden cuøng nhoùm vôùi croâm trong baûng phaân loaïi tuaàn hoaøn, neân molipden cuõng ñöôïc duøng ñeå thay cho croâm. Molipdat coù hieäu quaû öùc cheá cho caû aên moøn ñeàu vaø aên moøn loã. Nhöng khoâng gioáng nhö croâmaùt, molipdat laø chaát oxy hoùa raát yeáu hôn croâmaùt. Söï oxy hoùa cuûa molipdat caàn coù maët cuûa oxy. Söï hình thaønh lôùp maøng MoO2 [2] treân beà maët theùp öùc cheá ñöôïc aên moøn. Molipdat yeâu caàu ôû haøm löôïng cao (500-1000 ppm) ñeå öùc cheá aên moøn trong ñieàu kieän thieáu oxy vaø trong ñieàu kieän bình thöôøng thì molipdat söû duïng ôû haøm löôïng thaáp vaãn öùc cheá ñöôïc aên moøn khi keát hôïp vôùi moät chaát öùc cheá khaùc nhö nitrít, phoát phaùt, phoát-pho-naùt, keõm, … Veà kinh teá, molipdat raát ñaét, neân noù chæ söû duïng cho nhöõng heä thoáng nhoû [24]. Söï keát hôïp cuûa molipdat ôû noàng ñoä thaáp vôùi chaát öùc cheá khaùc cuõng khoâng kinh teá nhö laø khi söû duïng phoát phaùt, keõm hoaëc laø PSO (Phosphino Succnic Oligomer). D. Silicat (SiO32-) [3] Silicat thöôøng ñöôïc tìm thaáy trong nöôùc töï nhieân vaø coù theå phaûn öùng vôùi kim loaïi hoøa tan ôû vò trí anoát. Vaø keát quaû laø taïo ra phöùc ion kim loaïi vaø silicat daïng gel baùm raát chaët leân beà maët kim loaïi ôû anoát [12]. Tính chaát öùc cheá cuûa silicat taêng khi taêng nhieät ñoä vaø pH. ÔÛ ñoä pH cao laø moâi tröôøng thuaän lôïi ñeå chuyeån ion cuûa axít silicic thaønh silicat vaø tan. Silicat coù tính chaát hoaït ñoäng beà maët neân noù coù theå baùm chaët leân beà maët theùp vaø öùc cheá hoaït ñoäng aên moøn. Tuy nhieân, khi söû duïng silicat laøm chaát öùc cheá thì cuõng raát khoù ngaên chaën söï hình thaønh caùu magieâ silicat (MgSiO3) (laø loaïi caùu raát cöùng vaø raát nguy hieåm cho heä thoáng laøm maùt), neân silicat cuõng khoâng ñöôïc duøng trong heä thoáng laøm maùt. Silica (SiO2) vaø silicat (SiO32-) thöôøng tan trong nöôùc. Chuùng thieát laäp caân baèng thoâng qua pH cuûa moâi tröôøng. Silica khoâng coù chöùc naêng öùc cheá. ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chöông 1 Toång quan 19 Ngaøy nay, silicat ñöôïc duøng cho heä thoáng chaûy qua moät laàn. Hieäu quaû hôn ñoái vôùi nöôùc meàm vaø ñoä pH cao trong nöôùc. Silicat cuõng thöôøng söû duïng ñeå öùc cheá aên moøn nhoâm trong caùc ñoäng cô. 1.3.1.2. Chaát öùc cheá catoát [24] Chaát öùc cheá catoát ngaên chaën phaûn öùng khöû oxy ôû catoát. Noù laøm giaûm toác ñoä aên moøn baèng caùch hình thaønh lôùp maøng treân beà maët kim loaïi, ngaên chaën söï taán coâng cuûa oxy ôû catoát vaø nhaän ñieän töû töø anoát chuyeån qua. Lôùp maøng baûo veä thöôøng ñöôïc hình thaønh cuøng vôùi ion OH- (saûn phaåm cuûa phaûn öùng catoát) vaø ôû nhöõng nôi coù pH cao. A. Poly-phoát-phaùt Poly-phoát-phaùt coù chöùc naêng öùc cheá catoát, giuùp oån ñònh caùc ion kim loaïi vaø oån ñònh canxi cacbonat. Poly phoát phaùt yeâu caàu phaûi coù söï hieän dieän cuûa ion hoùa trò hai (nhö Ca2+, Mg2+, …) ñeå öùc cheá aên moøn. Canxi poly-phoát-phaùt coù theå keát tuûa ôû catoát treân beà maët kim loaïi (vì giôùi haïn ñoä tan ôû nôi coù ñoä pH cao). Söï taùc ñoäng coù hieäu quaû cuûa poly-phoát-phaùt yeâu caàu haøm löôïng toái thieåu cuûa canxi laø 50-100 ppm. Poly-phoát-phaùt coù moät soá nhöõng giôùi haïn nhaát ñònh veà khaû naêng öùc cheá aên moøn. Tuy nhieân, noù cuõng ngaên chaën ñöôïc hieän töôïng nöôùc coù maøu ñoû hoaëc ñen do söï hoøa tan cuûa ion saét vaø mangan trong nöôùc. B. PSO (Phosphino succinic oligomer) PSO laø daïng phoát phaùt höõu cô, ñaëc bieät ñöôïc quan taâm vì noù taùc duïng raát roäng leân vuøng öùc cheá catoát. Keát tuûa cuûa Ca-PSO hoaëc Fe-PSO hình thaønh lôùp maøng gioáng nhö laø pyro-phoát-phaùt. Lôùp maøng naøy hình thaønh ôû vò trí catoát (nôi coù ñoä pH cao, phaûn öùng khöû oxy). Ñaây laø moät lôùp maøng khoâng daãn ñieän ngaên chaën phaûn öùng khöû oxy trong nöôùc (do ngaên doøng electron töø phaûn öùng anoát chuyeån qua). PSO hoaït ñoäng toát ôû ñoä pH ≈ 8,4. Khaû naêng öùc cheá aên moøn cuûa PSO raát toát nhöng noù ñöôïc söû duïng haïn cheá vì tính kinh teá (PSO raát ñaét). ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chöông 1 Toång quan 20 1.3.1.3. Chaát öùc cheá hoãn hôïp [24], [25] Moät soá chaát öùc cheá hoãn hôïp (tuyø vaøo tính chaát hoùa hoïc cuûa nöôùc) thöôøng ñöôïc söû duïng nhö AMP (Amino-trimetylen-phoshponic-acid), HEDP (1- hydroxyetyliden-1,1-diphophonic-acid), PBTC (2-phosphono-butan-1,2,4- tricarboxylic-acid). Chuùng laø nhöõng thaønh phaàn phoátphaùt höõu cô coù chöùc naêng öùc cheá aên moøn catoát (hoaëc coù theå laø anoát). Töø nhöõng naêm 1960, ngöôøi ta söû duïng nhöõng chaát naøy nhö laø chaát choáng ñoùng caùu. Cho ñeán ñaàu nhöõng naêm 1980, ngöôøi ta söû duïng noù nhö chaát öùc cheá aên moøn. Chuùng öùc cheá aên moøn trong moâi tröôøng kieàm cao, ñoä pH ≥ 8,5. Phoát-pho-naùt keát tuûa vôùi ion canxi taïo thaønh lôùp maøng öùc cheá aên moøn ôû catoát. Ngoaøi ra, noù coøn oån ñònh canxi cacbonat trong nöôùc vaø ñieàu chænh canxi cacbonat keát tuûa ôû catoát öùc cheá aên moøn. Vôùi vai troø öùc cheá aên moøn ôû anoát, poly-phoát-phaùt ñoùng vai troø nhö chaát xuùc taùc cho söï oxy hoùa cuûa saét hydroâxyùt thaønh gamma oxít saét, hoaëc giuùp oån ñònh, giaûm nheï söï keát tuûa canxi cacbonat laø taùc nhaân hình thaønh gamma oxyùt saét. Chuùng öùc cheá aên moøn raát toát. Tuy nhieân, vieäc söû duïng nhöõng chaát öùc cheá hoãn hôïp loaïi naøy cuõng ít ñöôïc söû duïng vì tính kinh teá vaø moâi tröôøng. 1.3.2. Nhöõng phöông phaùp öùc cheá aên moøn ñöôïc nghieân cöùu trong luaän vaên naøy Muïc ñích chính trong luaän vaên, taùc giaû mong muoán tìm ra ñöôïc nhöõng phöông phaùp öùc cheá aên moøn hieäu quaû nhaát, kinh teá nhaát, vaø mang tính thöïc tieãn nhaát, ñoàng thôøi cuõng khoâng gaây aûnh höôûng ñeán moâi tröôøng. Sau ñaây laø moät soá phöông phaùp ñöôïc nghieân cöùu trong luaän vaên naøy. 1.3.2.1. Ñieàu chænh tính chaát hoùa hoïc cuûa nöôùc A. Ñoä pH [27] • Ñoä tan cuûa saét vaø ñoàng taêng khi ñoä pH giaûm. Vôùi nhoâm vaø keõm thì aên moøn taêng khi caû ñoä pH thaáp vaø cao. • pH trong nöôùc taùc ñoäng ñeán söï thuï ñoäng cuûa moät soá kim loaïi baèng caùch hình thaønh lôùp oxít baùm raát chaët leân beà maët kim loaïi. ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chöông 1 Toång quan 21 • ÔÛ moâi tröôøng axít (ñoä pH thaáp) seõ taùc ñoäng ñeán aên moøn theùp cacbon qua hai ñöôøng. Thöù nhaát, ngaên chaën söï hình thaønh lôùp oxyùt saét baûo veä, vì ñoä pH thaáp laøm taêng söï hoøa tan saét. Thöù hai, noàng ñoä H+ cao giuùp cho phaûn öùng catoát xaûy ra deã daøng hôn, töø ñoù laøm cho saét ôû anoát hoøa tan nhieàu hôn. • Nhöng ôû ñoä pH quaù cao, noù seõ laøm taêng khaû naêng ñoùng caùu caën. → Chuùng ta seõ phaûi ñieàu chænh ñoä pH nhö theá naøo ñeå mang laïi hieäu quaû toát nhaát? B. Ñoä kieàm (HCO3-/CO32-) Ñoä kieàm coù khaû naêng laøm giaûm toác ñoä aên moøn kim loaïi [33]. Ta söû duïng soña (Na2CO3) ñeå ñieàu chænh ñoä kieàm trong nöôùc. Söï keát tuûa muoái cacbonat (nhö CaCO3) öùc cheá catoát baèng caùch taïo thaønh lôùp baûo veä ngaên chaën quaù trình khöû oxy vaø söï nhaän ñieän töû töø anoát chuyeån qua. Hoaëc coù theå noù seõ taùc duïng vôùi ion saét ôû vò trí anoát taïo thaønh FeCO3, laø chaát xuùc taùc khi gaëp oxy seõ chuyeån thaønh gamma oxyùt saét (FeOOH). Nhöng neáu ñoä kieàm quaù cao cuõng daãn ñeán caùu caën. C. Ñoä cöùng (Ca2+, Mg2+) Ñoä cöùng cuõng coù taùc duïng öùc cheá aên moøn [25]. Nhö ta bieát, khi ta taêng ñoä cöùng trong nöôùc, moät phaàn noù seõ taùc duïng vôùi ñoä kieàm öùc cheá quaù trình catoát, maët khaùc noù keát hôïp vôùi moät soá anion khaùc, phuû leân beà maët kim loaïi ñeå öùc cheá aên moøn. Cuõng nhö ñoä kieàm, neáu ñoä cöùng quaù cao cuõng laø nguyeân nhaân gaây ra caùu caën. 1.3.2.2. Söû duïng chaát dieät khuaån [14], [18] Ta söû duïng chaát dieät khuaån khoâng oxy hoùa laø Isothiazoline vaø Glutaraldehyde. A. Isothiazolin Laø loaïi hôïp chaát höõu cô, phaûn öùng chuû yeáu vôùi nhoùm thiol (S-H) cuûa protein trong teá baøo [25]. ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chöông 1 Toång quan 22 Hình 1.7: Phaûn öùng cuûa Isothiazolin vôùi nhoùm thiol cuûa protein. Nhö chuùng ta bieát, moät trong nhöõng yeáu toá sinh hoùa raát quan troïng cho söï hoaït ñoäng cuûa enzym trong teá baøo laø nhoùm thiol. Vaø khi phaù huûy caáu truùc cuûa enzym thì ta cuõng ñaõ tieâu dieät luoân vi khuaån. B. Glutaraldehyde (O=CH-CH2-CH2-CH2-CH=O) [22] Cuõng laø chaát höõu cô, hai nhoùm aldehyde seõ phaûn öùng vôùi nhoùm amoâni töï do trong maøng cuûa teá baøo. Maøng teá baøo cuûa vi khuaån cuõng goùp phaàn cho söï soáng cuûa teá baøo, maøng naøy coù chöùa thaønh phaàn protein. Chính nhoùm amoâni cuûa protein seõ phaûn öùng vôùi aldehyde (cuï theå laø Glutaraldehyde). Hình 1.8. Phaûn öùng cuûa Glutaraldehyde vôùi nhoùm amoâni cuûa maøng teá baøo. ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chöông 1 Toång quan 23 Hình 1.10 bieåu dieãn taùc ñoäng cuûa Glutaraldehyde ñeán maøng teá baøo. Keát quaû laø Glutaraldehyde taïo maïng löôùi bao quanh teá baøo thoâng qua nhoùm amoâni, noù seõ coâ laäp teá baøo vôùi moâi tröôøng ngoaøi, laøm cho teá baøo suy yeáu daàn vaø cheát. Trong luaän vaên naøy, taùc giaû chæ khaûo saùt chaát dieät khuaån Glutaraldehyde. 1.3.2.3. Söû duïng chaát öùc cheá A. Ion phoát phaùt (PO43-) [17], [20], [32] Ion phoát phaùt, vôùi taùc duïng maø ta quan taâm laø chaát öùc cheá anoát. Ñaây laø moät phaàn thay theá cho croâmaùt vì khoâng gaây haïi cho moâi tröôøng. Ban ñaàu, phoát phaùt seõ hình thaønh phöùc tan yeáu vôùi saét tan (Fe2+) laø saét (II) phoát phaùt. Con ñöôøng ñi ñeán khaû naêng öùc cheá quan troïng cuûa phoát phaùt thoâng qua phöùc saét (II) phoát phaùt xuùc taùc cho söï oxy hoùa saét (II) thaønh gamma oxyùt saét (FeOOH) beàn chaët treân beà maët kim loaïi, thuï ñoäng hoùa raát toát beà maët kim loaïi. Quaù trình naøy yeâu caàu phaûi coù söï hieän dieän cuûa oxy. Keát quaû laø lôùp oxyùt naøy ngaên chaën phaûn öùng anoát xaûy ra, öùc cheá aên moøn. Phoát phaùt cuõng coù theå öùc cheá ñöôïc catoát thoâng qua söï keát tuûa cuûa moät soá muoái phoátphaùt vì ñoä tan cuûa caùc muoái naøy giaûm ôû nôi coù pH cao (nhö ôû catoát). B. Cation keõm (Zn2+) [13], [31] Cation keõm laø moät chaát öùc cheá catoát thöôøng ñöôïc duøng keát hôïp vôùi moät soá chaát öùc cheá khaùc. Taän duïng söï keát tuûa cuûa muoái vaø hydroâxyùt keõm trong moâi tröôøng kieàm, ôû vò trí catoát, ñeå ngaên chaën phaûn öùng khöû oxy, öùc cheá aên moøn. Ngoaøi ra, cation keõm coù taùc duïng haïn cheá söï nhieãm baån trong nöôùc. Thí duï H2S nhieãm vaøo nöôùc töø quaù trình giaûi nhieät, thì keát tuûa ZnS trong nöôùc seõ loaïi H2S ra hay laø hydroâcacbon nhieãm vaøo seõ bò ion keõm haáp thuï. → Keát hôïp haøi hoøa chaát öùc cheá cuøng vôùi vieäc ñieàu chænh thích hôïp tính chaát hoùa hoïc cuûa nöôùc seõ taïo ra hieäu quaû trong öùc cheá aên moøn. Noù coù yù nghóa raát lôùn ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chöông 1 Toång quan 24 trong vieäc vaän haønh heä thoáng nöôùc laøm maùt, ñem laïi söï an toaøn vaø lôïi ích cho nhaø maùy. C. Natri molipdat (Na2MoO4) [2] Khaûo saùt Natri molipdat ôû noàng ñoä thaáp ñeå öùc cheá aên moøn theùp. Natri molipdat laø chaát oxy hoùa maïnh. Noù moät maët ñoùng vai troø chaát khöû phaân cöïc catoát, maët khaùc laø chaát taïo maøng oxyùt MoO2, öùc cheá quaù trình anoát cuûa söï aên moøn ñieän hoùa theùp trong dung dòch nöôùc trung tính. D. Chaát öùc cheá aên moøn hôïp kim ñoàng (Benzotriazole) Ta söû duïng Benzotriazole (BZT) [24] ñeå öùc cheá aên moøn hôïp kim ñoàng. Benzotriazole seõ taïo moät lôùp maøng Cu-BZT treân beà maët hôïp kim ñoàng vaø öùc cheá aên moøn. -----------------------------------------------------------------------------------------------------