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

khi giải nhiệt xong, nước trở về trạng thái nhiệt độ ban đầu và tiếp tục được bơm đi làm mát. Ta thấy, nước được bơm đi tuần hoàn trong hệ thống, nó không bị mất đi cũng không có sự bay hơi. Cho nên hệ thống loại này được gọi là hệ thống tuần hoàn kín. ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chương 1 Tổng quan 6 Hệ thống tuần hoàn kín THIẾT BỊ LÀM MÁT BƠM NƯỚC MÁT Đặc tính • Nhiệt độ trung bình thay đổi từ 5-10°C. • Lượng nước sử dụng: thấp. Bộ trao đổi nhiệt NƯỚC NÓNG Hình 1.3: Hệ thống tuần hoàn kín. C. Hệ thống tuần hoàn hở Cũng là hệ thống tuần hoàn, nhưng hệ thống tuần hoàn hở được sử dụng phổ biến và nhiều nhất trong công nghiệp làm mát. Hệ thống tuần hoàn hở là những hệ thống tuần hoàn tiếp xúc với môi trường khí quyển ở ngay tháp giải nhiệt. Nước sau khi nhận nhiệt trở về tháp. Vì dòng nước chảy từ trên tháp xuống, nhiệt được lấy đi từ một tiến trình mà ở đó có sự bay hơi nước. Nước sau khi được làm mát tiếp tục trở lại chu trình trao đổi nhiệt và lấy lượng nhiệt nhiều hơn. Ta thấy, nước được bơm tuần hoàn trong hệ thống nên gọi là hệ thống tuần hoàn. Do nước có sự tiếp xúc với môi trường khí quyển, có sự bay hơi nên gọi là hở. Những hệ thống làm mát nào hoạt động theo nguyên lý trên thì được gọi là hệ thống tuần hoàn hở. ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chương 1 Tổng quan 7 Hệ thống tuần hoàn hở NƯỚC CẤP BƠM XẢ Đặc tính • Nhiệt độ trung bình thay đổi từ 11-17 °C. • Lượng nước sử dụng: vừa phải. Bộ trao đổi nhiệt THÁP GIẢI NHIỆT NƯỚC MÁT NƯỚC NÓNG Hình 1.4: Hệ thống tuần hoàn hở. Hệ thống này gồm ba thành phần: bơm tuần hoàn, bộ trao đổi nhiệt và tháp giải nhiệt. a. Bơm tuần hoàn (Recirculation pump) Tiến trình giải nhiệt bắt đầu khi nước lạnh được bơm tuần hoàn trong hệ thống qua bộ trao đổi nhiệt và sau cùng trở về tháp giải nhiệt. Mặc dù bơm là một thiết bị đơn giản nhưng nó là nhân tố quan trọng góp phần vào quá trình giải nhiệt, vì bơm giúp cho nước luôn luôn chảy trong hệ thống. b. Bộ trao đổi nhiệt (Heat exchanger) Nước được làm mát lúc nào cũng giữ mát thông qua thiết bị điều chỉnh nhiệt độ. Thiết bị này đóng vai rất quan trọng trong hệ thống làm mát, gọi là bộ trao đổi nhiệt. Bộ trao đổi nhiệt thường gồm có hai phần ngăn cách nhau. Chất lỏng được làm mát chảy qua một phần. Chất làm mát chảy qua phần còn lại. Hai chất này không trộn lẫn với nhau mà chỉ tiếp xúc nhau qua diện tích mỏng của bề mặt kim loại. ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chương 1 Tổng quan 8 c. Tháp giải nhiệt (Cooling tower) Vì nước trong hệ thống tuần hoàn hở được sử dụng và tiếp tục sử dụng trở lại, cho nên nước sau khi hấp thụ nhiệt thông qua bộ trao đổi nhiệt cần được lấy ra để có thể tiếp tục tái sử dụng. Công việc này được thực hiện thông qua tháp giải nhiệt. Trong hệ thống tuần hoàn hở, tháp giải nhiệt dựa vào sự bay hơi để làm giảm nhiệt độ của nước. Nước sau khi trở về từ bộ trao đổi nhiệt, được chảy vào một hệ thống phân bố nước đặt bên trong tháp, nước được rơi từ trên xuống thông qua sự định hướng của những màng mỏng hay những vòi phun. Mục đích là để làm tăng diện tích tiếp xúc tối đa của nước với không khí. Phía trên đỉnh tháp có đặt một cái quạt hút để tăng sự trao đổi nhiệt của nước với không khí. Nhờ vậy mà nước được giải nhiệt. Tuy nhiên, chính sự tiếp xúc với không khí làm cho nước trở nên nhiễm bẩn, cùng với sự bay hơi làm tăng độ cô đặc của nước. Nếu ta không có biện pháp xử lý thì nồng độ các chất trong nước sẽ tăng cao và đây là một trong những nguyên nhân rất nguy hiểm gây nên hiện tượng ăn mòn, cáu, cặn và sự phát triển vi sinh trong hệ thống giải nhiệt. Không chỉ hệ thống tuần hoàn hở mà hệ thống tuần hoàn kín và hệ thống chảy qua một lần cũng chịu ảnh hưởng của bốn yếu tố trên. Và đây cũng chính là bốn vấn đề chính trong hệ thống làm mát mà ta cần phải nghiên cứu. 1.1.2.2. Những vấn đề chính trong hệ thống nước làm mát [18], [24], [26] Nước cấp cho hệ thống làm mát có thể xem như là sạch (ví dụ như là sử dụng nước cấp thành phố) hoặc thậm chí là nước đã được lọc những chất rắn hòa tan hoặc những chất rắn lơ lửng thì nước vẫn có tác động nguy hiểm đến hiệu quả của hệ thống như là bụi, đất, bùn, khoáng chất, khí hòa tan và vi sinh vật. Nếu không được xử lý, chúng dần dần sẽ tích tụ nhiều hơn và sẽ là tác nhân nguy hiểm ảnh hưởng xấu đến hiệu quả trao đổi nhiệt, tăng chi phí bảo trì và thậm chí làm dừng toàn bộ hệ thống. ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chương 1 Tổng quan 9 Ăn mòn CáuCặn Sự phát triển vi sinh Hình 1.5: Mối quan hệ giữa ăn mòn, cáu, cặn và sự phát triển vi sinh trong hệ thống làm mát. Hình 1.5 biểu diễn mối liên hệ của bốn vấn đề chính trong hệ thống làm mát như: ăn mòn, cáu, cặn và sự phát triển vi sinh. Bốn vấn đề này không tồn tại độc lập mà chúng có mối quan hệ tác động qua lại với nhau; vấn đề này phát triển tạo điều kiện cho các vấn đề còn lại phát triển. Ví dụ: sự phát triển của vi sinh dẫn đến sự phát triển của những loại vi sinh gây ra ăn mòn (như: vi khuẩn khử sắt, vi khuẩn khử sun phát) [30], kết quả là thiết bị hư hỏng. Ăn mòn dẫn đến sự tạo thành cáu, cặn trên bề mặt của bộ trao đổi nhiệt, dẫn đến giảm hiệu quả trao đổi nhiệt; dưới lớp cáu là sự phát triển của ăn mòn lỗ rất nguy hiểm, … Tóm lại, để có thể thu được một kết quả tốt trong khi vận hành hệ thống làm mát thì bốn vấn đề trên phải được kiểm soát đồng thời. ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chương 1 Tổng quan 10 1.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĂN MÒN ĐIỆN HÓA 1.2.1. Định nghĩa và phân loại ăn mòn kim loại 1.2.1.1. Định nghĩa Ăn mòn kim loại là sự phá hủy bề mặt kim loại do tương tác hóa học và điện hóa học với môi trường bên ngoài. 1.2.1.2. Phân loại A. Theo cơ chế của quá trình ăn mòn - Ăn mòn hóa học là quá trình ăn mòn do tương tác hóa học giữa kim loại với môi trường. - Ăn mòn điện hóa là quá trình ăn mòn do tương tác điện hóa học giữa kim loại với môi trường, phản ứng điện hóa xảy ra trên hai vùng khác nhau của bề mặt kim loại, vùng anốt và vùng catốt. Tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào điện thế điện cực của kim loại, môi trường ăn mòn, nhiệt độ, … B. Theo điều kiện của quá trình ăn mòn - Ăn mòn khí là ăn mòn kim loại trong khí, thường xảy ra ở nhiệt độ cao. - Ăn mòn khí quyển là ăn mòn kim loại trong điều kiện khí quyển tự nhiên. - Ăn mòn trong chất điện giải là ăn mòn kim loại xảy ra trong chất lỏng dẫn điện. - Ăn mòn trong đất. - Ăn mòn do dòng điện ngoài là ăn mòn điện hóa do tương tác với dòng điện ngoài. - Ăn mòn tiếp xúc là ăn mòn điện hóa gây ra do kim loại có điện thế khác nhau tiếp xúc với nhau. ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chương 1 Tổng quan 11 - Ăn mòn do ứng suất là ăn mòn do tương tác đồng thời của môi trường ăn mòn và ứng suất cơ học. - Ăn mòn do sinh vật là ăn mòn trong trường hợp có một số vi sinh vật hoạt động tiết ra những chất làm tăng quá trình ăn mòn. C. Theo đặc trưng của dạng ăn mòn - Ăn mòn toàn bộ là ăn mòn trên toàn bộ bề mặt của kim loại. - Ăn mòn đều là ăn mòn như nhau trên bề mặt kim loại. - Ăn mòn không đều là ăn mòn không đều trên bề mặt kim loại. - Ăn mòn chọn lựa là ăn mòn chỉ phá huỷ một pha nào đó trong cấu trúc hợp kim, hay một cấu tử nào đó của hợp kim. - Ăn mòn cục bộ là ăn mòn chỉ một vài phần trên bề mặt kim loại. - Ăn mòn vết là ăn mòn tạo thành những vết dài trên bề mặt kim loại. - Ăn mòn hố là ăn mòn tạo thành hố, có chỗ sâu chỗ cạn. - Ăn mòn điểm là ăn mòn ở dạng những điểm khác nhau trên kim loại với đường kính từ 0,1 mm đến 1,2 mm. - Ăn mòn dưới bề mặt là ăn mòn ban đầu trên bề mặt nhưng dần dần ưu tiên dưới bề mặt. - Ăn mòn giữa các tinh thể là ăn mòn rất nguy hiểm vì không thay đổi dạng bề mặt bên ngoài, nhưng làm giảm nhanh độ bền và độ dẻo của kim loại. - Ăn mòn nứt là ăn mòn khi tác động đồng thời hai nhân tố là ăn mòn và cơ học. Kim loại không những nứt ở giữa các giới hạn hạt mà còn xuyên qua tinh thể. ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chương 1 Tổng quan 12 1.2.2. Điện thế điện cực và cơ chế ăn mòn điện hóa 1.2.2.1. Điện thế điện cực Khi kim loại tiếp xúc với chất điện giải thì xảy ra sự tương tác giữa chất điện giải và kim loại. Trên bề mặt phân chia giữa hai pha sẽ xuất hiện lớp điện tích kép và bước nhảy điện thế gọi là điện thế điện cực. Nguyên nhân là do: - Cation kim loại chuyển một phần từ kim loại ra dung dịch và từ dung dịch vào kim loại khi đạt đến trạng thái cân bằng động. - Kim loại hấp thu chọn lọc các anion hoặc là các phân tử lưỡng cực trong dung dịch. - Xuất hiện bước nhảy điện thế do kết hợp hai nguyên nhân trên nghĩa là có sự hấp thụ anion, phân tử có cực trên bề mặt kim loại trong điều kiện cation kim loại chuyển từ bề mặt kim loại vào dung dịch hay từ dung dịch vào kim loại. Như ta biết, bước nhảy thế giữa hai pha không thể đo được, nhưng có thể đo được sức điện động của pin từ điện cực nghiên cứu và điện cực tiêu chuẩn. 1.2.2.2. Cơ chế ăn mòn điện hóa Hiện tượng ăn mòn kim loại trong môi trường nước có thể giải thích bằng các phản ứng điện hóa. Khi kim loại nằm trong môi trường nước thường xảy ra đồng thời ba quá trình: quá trình oxy hóa và quá trình khử trên bề mặt kim loại cùng với sự chuyển điện tử từ anốt sang catốt (Hình 1.6). ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chương 1 Tổng quan 13 Hình 1.6: Quá trình ăn mòn. - Quá trình oxy hóa (ở anốt): Kim loại mất điện tử tạo thành ion và bị hydrat hóa đi vào dung dịch. Một số phản ứng xảy ra ở anốt như: Fe → Fe2+ + 2e- 2Fe + 3H2O → Fe2O3 + 6H+ + 6e- Fe2+ + 2H2O → FeOOH + 3H+ + e- Fe2+ + 2Cl- → FeCl2 Tùy vào pH của nước mà ảnh hưởng đến sự hình thành lớp oxýt và phát triển lỗ. - Quá trình chuyển điện tử từ vùng anốt sang vùng catốt trong kim loại và chuyển anion đến anốt và cation đến catốt trong dung dịch điện ly. - Quá trình khử (ở catốt): Các chất có tính oxy hóa hiện diện trong nước nhận điện tử từ kim loại. Một số phản ứng xảy ra ở catốt như: . Môi trường axít (pH < 7) không có oxy: 2H+ + 2e- → H2 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chương 1 Tổng quan 14 . Môi trường axít (pH < 7) có oxy: O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O . Môi trường trung tính hoặc kiềm (pH ≥ 7): 2H2O + 2e- → H2 + 2OH- O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- Ngoài ra, có một số phản ứng thứ cấp của sản phẩm sinh ra trong các phản ứng điện cực. Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2 2Fe(OH)2 + ½ O2 + H2O → 2Fe(OH)3 ↓ 2Fe(OH)3 → Fe2O3.H2O (gỉ sắt) + 2H2O Các phản ứng điện cực với sự dịch chuyển điện tử trong khối kim loại và các ion trong nước dẫn đến sự hình thành một dòng điện và xuất hiện trên ranh giới kim loại/dung dịch một điện thế. Một khi đã xuất hiện điện thế sẽ có tác động chống lại các quá trình trên, dẫn đến thiết lập một cân bằng động giữa hai quá trình này. Tại trạng thái cân bằng động này (trạng thái dừng) tốc độ phản ứng oxy hóa (xác định bằng mật độ dòng anốt, ia) bằng tốc độ phản ứng khử (xác định bằng mật độ dòng catốt, ic). Thế điện cực tại trạng thái cân bằng được gọi là thế ăn mòn Ecorr . 1.2.3. Bảo vệ kim loại khỏi sự ăn mòn [19] Để bảo vệ kim loại khỏi sự ăn mòn, người ta dùng nhiều phương pháp khác nhau: 1.2.3.1. Bảo vệ điện hóa Để bảo vệ các công trình ngầm dưới đất hoặc trong nước sông, biển (như đường ống, bể chứa, tàu biển, …) người ta thường dùng phương pháp bảo vệ catốt bằng dòng điện một chiều bên ngoài hoặc dùng anốt hy sinh (protector). ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chương 1 Tổng quan 15 - Bảo vệ catốt bằng dòng điện ngoài: Để thực hiện, ta nối kim loại cần bảo vệ với cực âm của nguồn điện một chiều, còn cực dương nối với anốt phụ. - Bảo vệ bằng anốt hy sinh: Để thực hiện, ta nối kim loại cần bảo vệ với kim loại khác có điện thế âm hơn kim loại cần bảo vệ (gọi là protector); như để bảo vệ thép khỏi ăn mòn điện hóa, ta nối thép với protector làm bằng magiê, nhôm hoặc kẽm. 1.2.3.2. Lớp phủ bảo vệ A. Lớp phủ kim loại Để bảo vệ kim loại A khỏi sự ăn mòn, người ta phủ lên bề mặt kim loại A một lớp kim loại khác theo phương pháp nhiệt hoặc mạ. Trong công nghiệp, người ta ứng dụng rộng rãi các lớp phủ như tráng kẽm, tráng thiếc, tráng nhôm, … B. Lớp phủ phi kim loại Để bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn trong điều kiện khí quyển, phổ biến là tráng men và sơn. 1.2.3.3 Bảo vệ bằng chất ức chế Bảo vệ kim loại bằng các chất ức chế ăn mòn là một trong những phương pháp phổ biến có hiệu quả kinh tế chống ăn mòn trong nhiều môi trường. Chất ức chế có khả năng làm giảm ăn mòn ngay cả khi nó ở nồng độ rất thấp, làm quá trình ăn mòn kim loại giảm đi rất nhiều lần. Các chất ức chế thường được sử dụng như muối phốt phát, muối silicat, muối molipdat, … [21], [27], [28]. ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chương 1 Tổng quan 16 1.3. GIỚI THIỆU NHỮNG CHẤT ỨC CHẾ ĂN MÒN ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG NƯỚC LÀM MÁT 1.3.1. Những chất ức chế được sử dụng trong hệ thống làm mát Mặc dù có rất nhiều những thiết kế cải tiến trong hệ thống làm mát để hạn chế tối đa ăn mòn, nhưng việc sử dụng chất ức chế vẫn rất cần thiết để kiểm soát ăn mòn trong hệ thống. Kể cả trong các hệ thống khác như hệ thống lò hơi, hệ thống ngưng tụ, hệ thống dẫn nước cũng tương tự như vậy. Một tiến trình ăn mòn phải có đủ ba điều kiện xảy ra đồng thời là: phản ứng anốt, phản ứng catốt và sự di chuyển điện tử từ anốt sang catốt trong kim loại. Vì vậy, sử dụng hóa chất ức chế ăn mòn cũng dựa vào các điều kiện trên hoặc là ức chế anốt, hoặc là ức chế catốt, hoặc là ức chế cả anốt lẫn catốt, hoặc là ức chế dạng phủ lớp màng bảo vệ. 1.3.1.1. Chất ức chế anốt [24] Tác dụng của chất ức chế ăn mòn anốt là ngăn cản phản ứng anốt xảy ra. Để ức chế ăn mòn, chất ức chế ăn mòn anốt phải làm giảm sự hòa tan của kim loại. Thí dụ như sắt (Fe) bị ăn mòn bởi oxy trong nước chuyển thành ion sắt (Fe2+), rồi sau đó chuyển sang sắt hydrôxýt (Fe(OH)2), là dạng kết tủa gỉ sắt, xốp, không có tính bảo vệ. Chức năng của chất ức chế anốt hoặc là tạo một lớp oxýt bảo vệ, hoặc là ở dạng kết tủa muối (giống như lớp oxýt) để làm giảm sự tác động vật lý và hóa học trên kim loại ở vị trí anốt. Lớp màng bảo vệ phải ngăn chặn sự hòa tan ion kim loại vào trong dung dịch, hoặc ion trong dung dịch bám lên bề mặt kim loại. A. Crômát (CrO42-) [34] Từ rất lâu, crômát là một chất ức chế ăn mòn anốt rất tốt được sử dụng rộng rãi trong hệ thống nước làm mát. Tuy nhiên ngày nay, vì sự nguy hại đến môi trường, người ta rất ít sử dụng chất này. Crômát là một chất oxy hóa rất mạnh. Nó oxy hóa Fe2+ thành Fe3+, hầu như mắt thường không thể nhìn thấy được lớp gamma oxýt sắt (FeOOH) bám rất chặt và ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chương 1 Tổng quan 17 mỏng trên bề mặt thép. Crômát cũng làm tăng thế điện hóa của hệ thống, vì vậy mà thế của kim loại nhanh chóng chuyển vào vùng thụ động. Sự oxy hóa này không cần oxy. Hàm lượng crômát phải bảo đảm đủ trong nước để oxy hóa tất cả các vị trí anốt và chuyển sang thụ động. Nếu không cấp đủ crômát sẽ dẫn đến ăn mòn lỗ rất nguy hiểm. Crômát dùng ở mức ≥ 100 ppm là cần dùng để thụ động hóa bề mặt kim loại ở khoảng độ pH 6,5 ÷ 7,5. Cũng có thể dùng crômát với lượng thấp (30 ppm) khi kết hợp với một chất ức chế khác để tránh ăn mòn lỗ khi chỉ dùng có crômát. B. Nitrít (NO2-) Nitrít là chất ít độc hơn crômát, được dùng thay cho crômát rất hiệu quả. Nitrít cũng là một chất oxy hóa, nó ức chế ăn mòn thép cacbon rất tốt [33]. Nitrít oxy hóa Fe2+ thành lớp oxýt sắt (III) trên bề mặt thép. Lớp oxýt này rất mỏng và bám rất chặt giúp hình thành lớp gamma oxýt sắt. Sự oxy hóa của nitrít cũng không cần sự hiện diện của oxy, nhưng nếu có oxy hiện diện cũng không ảnh hưởng đến sự thụ động. Nitrít dùng ở mức cao (500-1500 ppm) để thụ động hóa thép cacbon [24]. Điều bất lợi là khi có vi khuẩn khử nitrit phát triển, nó sẽ chuyển nitrít (NO2-) thành nitrát (NO3-). Nitrát thì không có hiệu quả ức chế ăn mòn thép cacbon. Axít hypocloric (HClO) từ dạng hòa tan của khí Clo (Cl2) [24] cũng oxy hóa nitrít thành nitrát. Vì thế, nitrít thường ít được sử dụng trong hệ thống làm mát. Nếu sử dụng thì nitrít được dùng cho hệ thống kín, từ độ pH 8 đến pH 11, kết hợp với chất diệt khuẩn không có tính oxy hóa. Nitrít có tính thụ động hóa bề mặt thép rất nhanh khi dùng ở hàm lượng cao. Chính vì thế, nitrít được dùng để thụ động hóa cho những hệ thống mới bắt đầu vận hành. Tuy nhiên, việc thải nitrít và nitrát ra ngoài môi trường cũng phải rất hạn chế, cho nên đó cũng là điều hạn chế khi sử dụng nitrít. Cũng như crômát, nitrít rất nguy hiểm khi sử dụng một mình vì vấn đề ăn mòn lỗ sẽ xảy ra khi nitrít dùng ở mức thấp hơn cần thiết. Hiệu quả khi sử dụng nitrít bảo vệ ăn mòn cũng phải bảo đảm luôn cả vấn đề ăn mòn lỗ. ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chương 1 Tổng quan 18 C. Molipdat (MoO42-) [28] Molipdat được sử dụng để ức chế ăn mòn cũng rất tốt trong cả hệ thống kín và hở. Molipden cùng nhóm với crôm trong bảng phân loại tuần hoàn, nên molipden cũng được dùng để thay cho crôm. Molipdat có hiệu quả ức chế cho cả ăn mòn đều và ăn mòn lỗ. Nhưng không giống như crômát, molipdat là chất oxy hóa rất yếu hơn crômát. Sự oxy hóa của molipdat cần có mặt của oxy. Sự hình thành lớp màng MoO2 [2] trên bề mặt thép ức chế được ăn mòn. Molipdat yêu cầu ở hàm lượng cao (500-1000 ppm) để ức chế ăn mòn trong điều kiện thiếu oxy và trong điều kiện bình thường thì molipdat sử dụng ở hàm lượng thấp vẫn ức chế được ăn mòn khi kết hợp với một chất ức chế khác như nitrít, phốt phát, phốt-pho-nát, kẽm, … Về kinh tế, molipdat rất đắt, nên nó chỉ sử dụng cho những hệ thống nhỏ [24]. Sự kết hợp của molipdat ở nồng độ thấp với chất ức chế khác cũng không kinh tế như là khi sử dụng phốt phát, kẽm hoặc là PSO (Phosphino Succnic Oligomer). D. Silicat (SiO32-) [3] Silicat thường được tìm thấy trong nước tự nhiên và có thể phản ứng với kim loại hòa tan ở vị trí anốt. Và kết quả là tạo ra phức ion kim loại và silicat dạng gel bám rất chặt lên bề mặt kim loại ở anốt [12]. Tính chất ức chế của silicat tăng khi tăng nhiệt độ và pH. Ở độ pH cao là môi trường thuận lợi để chuyển ion của axít silicic thành silicat và tan. Silicat có tính chất hoạt động bề mặt nên nó có thể bám chặt lên bề mặt thép và ức chế hoạt động ăn mòn. Tuy nhiên, khi sử dụng silicat làm chất ức chế thì cũng rất khó ngăn chặn sự hình thành cáu magiê silicat (MgSiO3) (là loại cáu rất cứng và rất nguy hiểm cho hệ thống làm mát), nên silicat cũng không được dùng trong hệ thống làm mát. Silica (SiO2) và silicat (SiO32-) thường tan trong nước. Chúng thiết lập cân bằng thông qua pH của môi trường. Silica không có chức năng ức chế. ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chương 1 Tổng quan 19 Ngày nay, silicat được dùng cho hệ thống chảy qua một lần. Hiệu quả hơn đối với nước mềm và độ pH cao trong nước. Silicat cũng thường sử dụng để ức chế ăn mòn nhôm trong các động cơ. 1.3.1.2. Chất ức chế catốt [24] Chất ức chế catốt ngăn chặn phản ứng khử oxy ở catốt. Nó làm giảm tốc độ ăn mòn bằng cách hình thành lớp màng trên bề mặt kim loại, ngăn chặn sự tấn công của oxy ở catốt và nhận điện tử từ anốt chuyển qua. Lớp màng bảo vệ thường được hình thành cùng với ion OH- (sản phẩm của phản ứng catốt) và ở những nơi có pH cao. A. Poly-phốt-phát Poly-phốt-phát có chức năng ức chế catốt, giúp ổn định các ion kim loại và ổn định canxi cacbonat. Poly phốt phát yêu cầu phải có sự hiện diện của ion hóa trị hai (như Ca2+, Mg2+, …) để ức chế ăn mòn. Canxi poly-phốt-phát có thể kết tủa ở catốt trên bề mặt kim loại (vì giới hạn độ tan ở nơi có độ pH cao). Sự tác động có hiệu quả của poly-phốt-phát yêu cầu hàm lượng tối thiểu của canxi là 50-100 ppm. Poly-phốt-phát có một số những giới hạn nhất định về khả năng ức chế ăn mòn. Tuy nhiên, nó cũng ngăn chặn được hiện tượng nước có màu đỏ hoặc đen do sự hòa tan của ion sắt và mangan trong nước. B. PSO (Phosphino succinic oligomer) PSO là dạng phốt phát hữu cơ, đặc biệt được quan tâm vì nó tác dụng rất rộng lên vùng ức chế catốt. Kết tủa của Ca-PSO hoặc Fe-PSO hình thành lớp màng giống như là pyro-phốt-phát. Lớp màng này hình thành ở vị trí catốt (nơi có độ pH cao, phản ứng khử oxy). Đây là một lớp màng không dẫn điện ngăn chặn phản ứng khử oxy trong nước (do ngăn dòng electron từ phản ứng anốt chuyển qua). PSO hoạt động tốt ở độ pH ≈ 8,4. Khả năng ức chế ăn mòn của PSO rất tốt nhưng nó được sử dụng hạn chế vì tính kinh tế (PSO rất đắt). ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Chương 1 Tổng quan 20 1.3.1.3. Chất ức chế hỗn hợp [24], [25] Một số chất ức chế hỗ