THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1. Thông tin chung

- Tên đề tài: Sử dụng kết hợp caffeine với một số chất vô cơ ức chế ăn mòn thép thường trong môi trường axit

- Mã số: ĐH2015-TN06-07

- Chủ nhiệm: TS. Trương Thị Thảo

- Tổ chức chủ trì: Trường Đại học Khoa học, Đại học Thái Nguyên

- Thời gian thực hiện: 01/2015 – 12/2016

2. Mục tiêu

- Nghiên cứu khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 trong môi trường axit của caffeine trong một số điều kiện xác định: pH dung dịch, thành phần dung dịch (ảnh hưởng của anion), nhiệt độ….

- Nghiên cứu khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 trong môi trường axit HCl 1M của hệ caffeine – Mn²⁺, caffeine – Zn²⁺, caffeine – I^-, caffeine – Br^-,…

- Lựa chọn hệ chất tối ưu thực hiện các nghiên cứu sâu hơn, hướng tới nghiên cứu cơ chế hoạt động.

- Lựa chọn hệ chất tối ưu thử nghiệm ứng dụng làm phụ gia màng sơn bảo vệ kim loại.

3. Tính mới, tính sáng tạo

Điểm mới của đề tài:

- Đây là đề tài đầu tiên ở Việt Nam tiến hành nghiên cứu về khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 trong dung dịch axit bằng caffeine và hỗn hợp chất hữu cơ (caffeine) với các ion vô cơ (Zn, Mn, Br, I).

- Các kết quả nghiên cứu cho thấy: Với hỗn hợp Caffeine – Zn²⁺ (Mn²⁺, Br-), khi nồng độ các chất kết hợp sử dụng đạt một giá trị ngưỡng nào đó (nồng độ ion > 1,00 g/l), thì hiệu quả bảo vệ đều tăng đăng kể so với khi sử dụng độc lập. Với hỗn hợp Caffeine – I^-, sự cộng hưởng tác dụng ức chế ăn mòn thể hiện ở mọi nồng độ  kết hợp và hiệu quả cao khi caffeine từ 1,00 g/l trở lên (theo phương pháp phân tích là trên 80%, theo phương pháp điện hóa là trên 90%).

4. Kết quả nghiên cứu

4.1. Đã nghiên cứu chi tiết khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 trong dung dịch axit của caffeine: Nồng độ caffeine tăng, hiệu quả bảo vệ tăng; nhiệt độ tăng trong vùng 25-45^oC, hiệu quả bảo vệ giảm không đáng kể; thời gian thử nghiệm đến 10 ngày, hiệu quả bảo vệ giảm không đáng kể; Giảm nồng độ axit thì hiệu quả bảo vệ giảm; trong dung dịch HCl loãng, khả năng bảo vệ cao hơn trong dung dịch H₂SO₄ loãng.

4.2. Đánh giá khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 trong dung dịch axit của hỗn hợp caffeine với cation Mn²⁺, Zn²⁺, với anion Br^- và I^-.

a) Khả năng ức chế ăn mòn của Mn²⁺, Zn²⁺, Br^- hay I^- đều không cao, dưới 70%. Caffeine cũng chỉ đạt khoảng 70% ở nồng độ 3,00 g/l.

b) Khi sử dụng kết hợp Mn²⁺ hoặc Zn²⁺ với caffeine 3,00 g/l, ở hiệu quả bảo vệ của hỗn hợp caffeine – Mn²⁺ thấp hơn hỗn hợp caffeine – Zn²⁺. Khả năng cộng hưởng chỉ xảy ra ở nồng độ cation từ 1,0 g/l trở lên. Hiệu quả bảo vệ cao nhất đạt 89% bởi hỗn hợp caffeine 3,00 gl với Zn²⁺ 2,50 g/l..

c) Hỗn hợp caffeine – bromua có hiệu quả bảo vệ tăng dần khi nồng độ Br^- tăng dần nhưng tính cộng hưởng cũng chỉ rõ nét khi nồng Br^- lớn hơn 1,00 g/l. Hiệu quả bảo vệ cao nhất của hỗn hợp mới là 83% ở nống độ Br^- 5,00 g/l.

d) Hỗn hợp độ caffeine – iodua thể hiện tính cộng hưởng rõ nét: ở các nồng độ nghiên cứu, khả năng bảo vệ thép CT3 trong dung dịch HCl 1N của hỗn hợp đều cao hơn khi dùng độc lập từng chất, hiệu quả bảo vệ của hỗn hợp theo phương pháp phân tích đạt trên 80% với các hỗn hợp có thành phần từ 1,00 g/l trở lên. Đặc biệt các hỗn hợp với I^- 5,00 g/l thì đều gây hiện tượng thụ động hóa anot.

4.3. Đã nghiên cứu nhiệt động học quá trình hấp phụ của các chất ức chế lên bề mặt thép CT3 trong môi trường axit HCL 1N. Sự hấp phụ đáp ứng tốt thuyết Langmuir, là quá trình tỏa nhiệt, xảy ra tự phát (DG âm), hấp phụ có bản chất vật lý. Nhiệt động học quá trình ăn mòn cho thấy: năng lượng hoạt hóa quá trình ăn mòn khi có mặt ức chế cao hơn khi không có ức chế, hay nói cách khác, khi có mặt chất ức chế, sự ăn mòn xảy ra khó khăn hơn.

4.4. Đã bước đầu đánh giá khả năng đưa hỗn hợp caffeine – Iodua làm phụ gia cho màng sơn, tuổi thọ của các màng sơn trong môi trường HCl 1M và NaCl 3% tăng gần gấp đôi.

5. Sản phẩm

5.1. Sản phẩm khoa học

Có 04 bài báo đăng trên tạp chí khoa học và 02 bài báo đăng trên Hội nghị

1. Truong Thi Thao, Dinh Thi Kim Dung (2016), “Investigate the corrosion inhibitive ability of caffeine for CT3 steel in 1m HCl solution by EIS technique”, VNU Journal of Sciences and technology, Vol 32, N2, pp. 65-70
2. Truong Thi Thao, Hoang Thi Phương Lan, Ngo Thi Dung Thuy (2016), “A study on thecorrosive inhibition ability of CT3 steel in 1 M HCl solution by caffeine and some characteristics of the inhibition process”, Vietnam J. Chemistry, 54(6), pp. 742-746
3. Truong Thi Thao (2017), “Study the corrosion inhibition of mix of caffeine and 1.0 g/l Iodide for CT3 steel in 1 M HCl solution by electrochemical methods”, VNU Journal of Sciences and technology, Vol.33, N.3, pp. 105-111.
4. Truong Thi Thao, Bui Duc Dan (2018), “The corrosion inhibition of mix of caffeine and bromine for CT3 steel in 1N HCl solution”, Vietnam J. Chemistry, 56(3E12), pp. 312-317.

Có 02 bài báo đăng trên Hội nghị khoa học

5. Nguyễn Thị Thu Hương, Trương Thị Thảo (2017), “Ứng dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử đánh giá khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 trong dung dịch HCl 1M của bromua và hỗn hợp caffeine – bromua”, Hội nghị Khoa học trẻ, trường ĐH KHoa học lần thứ hai, tr. 39-45.
6. Lê Thị Huyền, Trương Thị Thảo (2017), “Ứng dụng phương pháp trắc quang đánh giá khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 trong dung dịch HCl 1M của hỗn hợp caffeine – iodua”, Hội nghị Khoa học trẻ, trường ĐH KHoa học lần thứ hai, tr. 46-53.

5.2. Sản phẩm đào tạo

- Hướng dẫn 03 Đề tài SV NCKH

1. Ngô Thị Trang (2015), Đánh giá khả năng chống ăn mòn thép CT3 của hỗn hợp KI và caffeine (tách từ chè xanh Thái Nguyên) bằng phương pháp điện hóa, Đề tài SV NCKH, trường ĐH Khoa học, Đại học Thái Nguyên
2. Lê Thị Huyền (2016), Đánh giá khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 trong dung dịch HCl 1M của hỗn hợp caffeine thiên nhiên và muối bromua bằng phương pháp điện hóa, Đề tài SV NCKH, trường ĐH Khoa học, Đại học Thái Nguyên
3. Nguyễn Thị Thu Hương (2016), Đánh giá khả năng cức chế ăn mòn thép CT3 trong dung dịch HCl 1M của hỗn hợp caffeine và muối iotua bằng phương pháp phân tích, Đề tài SV NCKH, trường ĐH Khoa học, Đại học Thái Nguyên

- Hướng dẫn 02 LVThS đã bảo vệ thành công:

1. Trần Thị Phương Nga (2016), Đánh giá khả năng hạn chế ăn mòn thép CT3 trong môi trường axit loãng của hỗn hợp caffeine thiên nhiên với ion Zn²⁺ hoặc ion Mn² bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử, Luận văn Thạc sỹ, trường ĐH Khoa học, Đại học Thái Nguyên.
2. Bùi Đức Dân (2018), Phân tích đánh giá khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 trong môi trường axit HCl của hỗn hợp I^- hoặc Br^- với caffeine bằng các phương pháp phân tích hóa lý hiện đại, Luận văn Thạc sỹ, trường ĐH Khoa học, Đại học Thái Nguyên.
3. Phương thức chuyển giao, địa chỉ ứng dụng, tác động và lợi ích mang lại của kết quả nghiên cứu

- Khả năng áp dụng: Cung cấp cơ sở khoa học và số liệu thực nghiệm về hỗn hợp ức chế ăn mòn nghiên cứu.

- Phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu: cung cấp tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu về ăn mòn và ức chế ăn mòn kim loại cho học viên, sinh viên.

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1. General information

Project title: Using mixture of caffeine and some inorganic ions inhibit the corrosion of mild steel in the acid invironment

Code number: ĐH2015-TN06-07

Coordinator: PhD. Truong Thi Thao

Implementing institution: TNU- University of Sciences

Duration: from 01/2015 to 12/2016

2. Objective(s)

- Investigation on the ability of corrosive inhibition for CT3 steel in acid invironment by caffeine.

- Investigation on the ability of corrosive inhibition for CT3 steel in acid invironment by some systems: caffeine – Mn²⁺, caffeine – Zn²⁺, caffeine – I^-, caffeine – Br^-.

- Choose the best system to study the inhibitive corrosion mechanism.

- Choose the best system to tested as an anti-corrosion additive in paint film.

3. Creativenes and innovativeness:

- This is the first report in Vietnam about the inhibitive corrosion potential for corrosion of CT3 steel in acidic solutions by caffeine and mixture of caffeine with with some inorganic ions (Zn, Mn, Br, I).

- The results showed that Caffeine - Zn²⁺ (Mn²⁺, Br^-) mixture, when concentration of used compounds reached a certain threshold value (ion concentration of ions > 1.0 g/l), the protection effect is increased as compared to independent component. With a Caffeine-I^- mixture, the corrosion inhibition effect at all combined concentrations are higher than independent component; at the concentration of caffeine is from 1.0 g/l, the inhibitive corrosion potential by analytical methods is more than 80%, by electrochemical method is over 90%.

4. Research results

- The inhibitive ability of caffeine for corrosion of CT3 steel in acidic solutions has been studied in detail: Inhibition efficiency increases with the rise in caffeine concentration, Inhibition efficiency max is approximately 83 % at concentration of caffeine 3.00 g/L ( by electrochemical method, and 70% according to analytical methods); As temperature increases from 298 to 318 K, the inhibition efficiency is relatively stable: decreases slightly from 83.27 % down 78.5 %; IE (5) of caffeine 3.00 g/l maintained relatively steady within 10 days.

- Evaluation of corrosive inhibition for CT3 steel in acid solution of mixture of caffeine with Mn²⁺, Zn²⁺ cation and with Br^- anions by analytical methods:

a) The corrosive inhibition power of Mn²⁺, Zn²⁺, Br^- or I^- are not high, only I^- is approximately 70%.

b) When combining Mn²⁺ or Zn²⁺ with 3.00 g/l caffeine:

- The inhibitiive effect of the caffeine-Mn²⁺ mixture is lower than the caffeine-Zn²⁺ mixture.

- The highest inhibitive effect is about 89% by caffeine- 2,5 g/l Zn²⁺ mixture.

- The resonance only occurs at certain concentrations: the concentration of cation is from 1.00 g/l.

c) The inhibition effect of caffeine-bromide mixture increases as the Br^- concentration increases but the resonance is also apparent when the Br concentration is greater than 1.00 g / l. The highest inhibition effect of the mixture is 83% at Br ^-00 g/l.

d) Mixture of caffeine - iodide exhibits clear resonance: at all research concentrations, the inhibition effect for CT3 steel in HCl 1N solution of the mixture is higher than when used independently of each substance, the inhibition effect of all mixture of caffeine from 1.00 g/l and iodide from 1.00 g/l are higher than 80% (by analytical method), especially the mixture with I^-00 g/l all cause anod passive.

4.3. The mechanism of corrosive inhibition of inhibitors for CT3 steel in HCL 1N solution has been studied: Mechanism of corrosion inhibition is physical adsorption, obeys the Langmuir adsorption isotherm. The adsorption of caffeine onto steel surface is physical adsorption, spontaneous and exothermic. The value activation energy of corrosion process increases when present caffeine in solution proved corrosion occurs more difficult, requiring higher energy.

4.4. Initially evaluating the possibility of using caffeine-iodide mixture as an additive to the paint film, the longevity of films in 1M HCl and 3% NaCl solutions increased almost twice.

5. Products

5.1. Scientific publications

There are 04 published paper:

1. Truong Thi Thao, Dinh Thi Kim Dung (2016), “Investigate the corrosion inhibitive ability of caffeine for CT3 steel in 1m HCl solution by EIS technique”, VNU Journal of Sciences and technology, Vol 32, N2, pp. 65-70
2. Truong Thi Thao, Hoang Thi Phương Lan, Ngo Thi Dung Thuy (2016), “A study on thecorrosiveinhibition ability of CT3 steel in 1 M HCl solution by caffeine and some characteristics of the inhibition process", Vietnam J. Chemistry, 54(6), pp. 742-746
3. Truong Thi Thao (2017), “Study the corrosion inhibition of mix of caffeine and 1.0 g/l Iodide for CT3 steel in 1 M HCl solution by electrochemical methods”, VNU Journal of Sciences and technology, Vol.33, N.3, pp. 105-111.
4. Truong Thi Thao, Bui Duc Dan (2018), “The corrosion inhibition of mix of caffeine and bromine for CT3 steel in 1N HCl solution, Vietnam J. Chemistry”, 56(3E12), pp. 312-317.

There are 02 reports at scientific conferences:

5. Nguyen Thi Thu Huong, Truong Thi Thao (2017), “Application of atomic absorption spectrometry method to evaluate the corrosive inhibition potential for CT3 steel in 1M HCl solution by caffeine-bromide mixtures”, Second Scientific Conference, University of Science, Thai Nguyen University, pp. 39- 45.
6. Le Thi Huyen, Truong Thi Thao (2017), “Application of UV-VIS absorption spectrometry to evaluate the potential corrosive inhibition potential for CT3 steel in 1M HCl solution by caffeine-iodide mixtures”, Second Scientific Conference, University of Science, Thai Nguyen University, pp. 46-53.

5.2. Training results

- 03 scientific research student:

1. Ngo Thi Trang (2015), Evaluated the the corrosive inhibition potential for CT3 steel in 1M HCl solution by mixture of KI and caffeine (extracted from Thai Nguyen green tea) by electrochemical method, Student study topics scientific, TNUS.
2. Le Thi Huyen (2016), Evaluated the the corrosive inhibition potential for CT3 steel in 1M HCl solution by mixture of natural caffeine and bromua by electrochemical method, Student study topics scientific, TNUS.
3. Nguyen Thi Thu Huong (2016), Evaluated the the corrosive inhibition potential for CT3 steel in 1M HCl solution by mixture of caffeine and iodide by analytical method, Student study topics scientific, TNUS.

- 02 master thesis:

1. Tran Thi Phuong Nga (2016), Evaluated the the corrosive inhibition potential for CT3 steel in 1M HCl solution by mixture of natural caffeine and Zn²⁺ or Mn²⁺ cation by atomic absorption spectrometry method, Master thesis, TNUS.
2. Bui Duc Dan (2018), Analysis and evaluation of corrosive inhibition potential of mixture of I^- or Br^- with caffeine for CT3 steel in the acidic HCl environment by modern physico-chemical methods, Master thesis, TNUS.
3. Transfer alternatives, application institution, impacts and benef results

- Ability to apply: Providing scientific basic and detailed empirical data on the corrosive inhibition by mixture of caffeine and inorganic ions (Br^-, I^-, Mn²⁺, Zn²⁺).

- Procedure transfer research results: providing references for studying corrosion and corrosive inhibition.