Nghiên cứu tính chất ức chế ăn mòn thép CT3 trong dung dịch NaCl 3,5% của Tanin tách từ lá chè xanh

Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 332 NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ỨC CHẾ ĂN MÒN THÉP CT3 TRONG DUNG DỊCH NACL 3,5% CỦA TANIN TÁCH TỪ LÁ CHÈ XANH A STUDY ON THE CT3 STEEL CORROSION INHIBITION IN NACL 3.5% SOLUTION OF TANIN EXTRACTED FROM GREEN TEA LEAF SVTH: PHẠM THỊ THUỲ TRANG Lớp 04HH , Khoa Hoá, Trường ĐHSP ĐN GVHD: PGS.TS. LÊ TỰ HẢI Phòng KH, SĐH & HTQT - Trường ĐHSP ĐN TÓM TẮT Tanin tách ra từ lá chè xanh trong dịch chiết được định lượng bằng phương pháp Lowenthal. Các nhóm chức trong tanin được xác định bằng phương pháp quang phổ hồng ngoại (IR). Sử dụng chương trình Potentiondyamic trên thiết bị đo PGS-HH3 để nghiên cứu tính chất ức chế ăn mòn thép CT3 trong dung dịch NaCl 3,5% của tanin. Kết quả đã tìm được điều kiện tối ưu để tách tanin từ lá chè xanh và xác định tanin có tính chất ức chế ăn mòn kim loại. ABSTRACT Tanin extracted from green tea leaf in solution was quantified by Lowenthal method. Funtion groups in tanin was determined by infrared spectroscopy (IR). Using Potentiondyamic program on PGS-HH3 equipment study on the CT3 steel corrosion inhibition in NaCl 3.5% solution. As a result, we found optimal condition to extract tanin from green tea leaf and determined tanin had the corrosion inhibition of metal. 1. MỞ ĐẦU Ăn mòn kim loại là hiện tượng phá huỷ các vật liệu kim loại do tác dụng hoá học hoặc tác dụng điện hoá giữa kim loại với môi trường bên ngoài.[2, 3, 4] Việc chống ăn mòn kim loại là một vấn đề cấp bách cả về mặt kinh tế cũng như công nghệ. Hiện nay, khoảng 25% lượng thép sản xuất ra hàng năm được dùng để thay thế cho những thiết bị bằng thép bị han rỉ. Có nhiều phương pháp để chống ăn mòn kim loại, trong đó có phương pháp sử dụng các chất ức chế như cromat, photphat, nitrit, …Tuy nhiên, các chất ức chế này thường gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy, hướng sử dụng các chất ức chế sạch, thân thiện với môi trường đang được các nhà khoa học quan tâm. Ở nước ta, việc sản xuất chè khô cho tiêu dùng trong nước hay xuất khẩu mới chỉ sử dụng búp chè và lá chè non. Nhờ áp dụng các phương pháp nghiên cứu hiện đại, người ta đã tìm thấy tác dụng sinh học của nước chè chủ yếu là do tanin trong lá chè [1, 5, 6]. Nếu khai thác được tanin từ lá chè thứ phẩm và lá chè phế phẩm (lá chè già) thì sẽ nâng cao được hiệu quả các vùng trồng chè. Trong đề tài này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết tanin từ lá chè xanh và sử dụng tanin làm chất ức chế ăn mòn thép CT3 trong dung dịch NaCl 3,5%. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Nguyên liệu Lá chè xanh được rửa sạch (tránh dập nát thân lá), thái nhỏ bằng dao kim loại không gỉ, sấy ở 800C đến khô. Hình 2.1: Lá chè xanh Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 333 Hình 3.1: Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng các yếu tố đến quá trình chiết tanin Tiến hành nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết tanin gồm có: kích thước nguyên liệu, tỉ lệ dung môi nước : etanol, nhiệt độ, thời gian, tỉ lệ giữa dung môi và nguyên liệu. Định lượng tanin thu được trong dịch chiết bằng phương pháp Lowenthal: oxi hoá khử bằng chất oxi hoá là KMnO4 với chất chỉ thị inđigocacmin. [1, 5, 6] 2.2.2. Nghiên cứu tính chất ức chế ăn mòn kim loại của tanin - Thiết bị đo: sử dụng thiết bị đo PGS - HH3, chương trình Potentiondyamic - Điện cực: Điện cực làm việc: được chế tạo từ thép CT3, diện tích bề mặt làm việc là 1 cm2, phần còn lại được bọc nhiều lớp nhựa epoxy chồng lên nhau để màng nhựa cách li tốt. Điện cực so sánh là Ag,AgCl, Cl- và điện cực đối là điện cực Platin (Pt). - Hoá chất: + Dung dịch NaCl 3,5%. + Tanin tách từ lá chè xanh. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình chiết tanin từ lá chè xanh 3.1.1. Kích thước nguyên liệu Điều kiện tiến hành: 2 gam nguyên liệu khô + 50ml dung môi nước, đun sôi, thời gian thay đổi từ 30 phút đến khi lượng tanin tách ra không đổi, kích thước nguyên liệu: dạng bột, 1mm-5mm, 5mm-2cm. Kết quả được trình bày ở hình 3.1. Với kết quả thể hiện trên hình 3.1 cho thấy, kích thước tối ưu là 1mm - 5mm. 3.1.2. Tỉ lệ nước : etanol Sau khi lựa chọn được kích thước, tiến hành cân 2 gam nguyên liệu khô, kích thước 1mm - 5mm, đun cách thuỷ ở nhiệt độ sôi với 50ml dung môi, khảo sát sự phụ thuộc tỉ lệ dung môi nước : etanol và thời gian đến quá trình chiết tanin. Kết quả được trình bày ở hình 3.2. 0 2 4 6 8 10 12 14 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 Thời gian (ph) X(% ) 100%:0% 80%:20% 60%:40% 50%:50% 40%:60% 20%:80% 0%:100% Hình 3.2: Ảnh hưởng của tỉ lệ nước : etanol đến quá trình tách tanin theo thời gian Từ hình 3.2 cho thấy, ứng với tỉ lệ nước:etanol là 50%:50% thì lượng tanin tách ra lớn nhất. 0 2 4 6 8 10 0 15 30 45 60 75 90 105 Thời gian (ph) X(%) bột 1mm-5mm 5mm-2cm Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 334 Hình 3.4: Tanin rắn Hình 3.3: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình tách tanin 3.1.3. Nhiệt độ Điều kiện tiến hành khảo sát nhiệt độ: khối lượng nguyên liệu khô 2 gam, kích thước nguyên liệu 1mm - 5mm, 50ml thể tích dung môi nước : etanol = 50% : 50%. Khảo sát sự phụ thuộc quá trình chiết tanin theo nhiệt độ và thời gian. Kết quả thực nghiệm trình bày ở hình 3.3. Từ hình 3.3, nhiệt độ đun tối ưu là nhiệt độ sôi. 3.1.4. Tỉ lệ nguyên liệu rắn : dung môi lỏng Cân 2g nguyên liệu, kích thước 1mm - 5mm, đun sôi với dung môi nước:etanol=50%:50% trong thời gian 90ph. Thay đổi thể tích dung môi, ta thu được kết quả trình bày trong bảng 3.1. Bảng 3.1: Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu rắn : dung môi lỏng đến quá trình tách tanin STT Vdm(ml) b(ml) a(ml) X(%) STT Vdm(ml) b(ml) a(ml) X(%) 1 10 0.4 3.7 6.86 6 60 0.4 6.3 12.26 2 20 0.4 4.8 9.15 7 70 0.4 6.2 12.06 3 30 0.4 5.2 9.98 8 80 0.4 6.5 12.68 4 40 0.4 5.8 11.22 9 90 0.4 6.5 12.68 5 50 0.4 6.5 12.68 10 100 0.4 6.5 12.68 Tăng thể tích dung môi thì lượng tanin tách ra càng nhiều. Khi đến tỉ lệ 2g nguyên liệu : 50ml dung môi thì lượng tanin tách ra hầu như không đổi. Với kết quả thể hiện trên bảng 1 thì tỉ lệ nguyên liệu rắn và dung môi lỏng tối ưu là: 2g : 50ml. 3.2. Tách tanin rắn Tách tanin rắn: Sau khi sử lí lá chè bằng dung môi chiết, thì trong dịch chiết, ngoài tanin còn có cafein, pigment và polisacarit. Để tách cafein và tạp chất, dịch chiết được sử lí với clorofom. Sau khi tách tướng clorofom thì dịch chiết còn lại tanin. Đem xử lí dịch chiết bằng dung môi hữu cơ như etylaxetat thì tanin chuyển vào tướng etylaxetat. Cất loại etylaxetat thu được tanin rắn. Chúng tôi tiến hành tách tanin rắn từ dung môi nước và dung môi nước - etanol, kết quả đo IR cho thấy thành phần tanin trong 2 mẫu tương đương nhau. Kết hợp với các điều kiện tối ưu cho quá trình chiết tanin từ lá chè xanh, chúng tôi lựa chọn tanin tách từ dung môi nước - etanol để nghiên cứu tính chất ức chế ăn mòn kim loại. Hình 3.5: Phổ hồng ngoại của tanin tách từ dung môi nước (mẫu 1) và dung môi nước - etanol (mẫu 2) 0 2 4 6 8 10 12 14 0 15 30 45 60 75 90 105 Thời gian (ph) X(%) 50 độ C 65 độ C 95 độ C Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 335 Bảng 3.2: Tần số và loại dao động trong phổ hồng ngoại của tanin Điều này cho thấy, tanin tách từ lá chè xanh có các nhóm chức phù hợp với các công thức của tanin đã được công bố. 3.3. Tính chất ức chế ăn mòn kim loại của tanin tách từ lá chè xanh 3.3.1. Ảnh hưởng của thời gian ngâm thép trong dung dịch tannin đến tính chất ức chế ăn mòn Điện cực thép CT3 được ngâm trong dung dịch tanin 30mg/l với các thời gian là 5ph, 10ph, 20ph, 30ph, 40ph, 50ph. Sau đó tiến hành đo đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch NaCl 3,5%. Kết quả thu được trình bày ở hình 3.6. U(V) -0.4-0.45-0.5-0.55-0.6-0.65-0.7-0.75-0.8-0.85-0.9 j (m A/c m^ 2) 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 -12 Hình 3.6: Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch NaCl 3,5% khi ngâm thép trong dung dịch tanin 30mg/l với thời gian 0ph (1); 5ph (2); 10ph (3); 20ph (4); 30ph (5); 40ph (6); 50ph (7) Kết quả xử lí các đường cong phân cực được trình bày trong bảng 3.3. Bảng 3.3: Giá trị điện trở phân cực (Rp), dòng ăn mòn (icorr) và hiệu quả ức chế Z (%) theo thời gian ngâm thép trong dung dịch tanin 30 mg/l Thời gian (ph) Rp (Ohm) icorr (mA/cm 2 ) Z(%) Thời gian (ph) Rp (Ohm) icorr (mA/cm 2 ) Z(%) 0 12.7857 5.1014E-0001 0 30 21.3877 3.0497E-0001 40.22 5 13.7888 4.7303E-0001 7.27 40 22.4425 2.9063E-0001 43.03 10 13.8338 4.7149E-0001 7.58 50 22.4003 2.9118E-0001 42.92 20 15.3606 4.2463E-0001 16.76 Từ bảng 3.3 cho thấy, thời gian tối ưu ngâm thép trong trong dd tannin là 40ph. Và thời gian ngâm thép 40ph trong dung dịch tanin được sử dụng cho các nghiên cứu tiếp theo. 3.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch tannin đến tính chất ức chế ăn mòn Tiến hành ngâm thép trong dung dịch tanin với các nồng độ 20mg/l, 30mg/l, 40mg/l, 60mg/l, 80mg/l, 100mg/l, 120mg/l và đo đường cong phân cực thép CT3 trong dung dịch NaCl 3,5%. Kết quả thu được trình bày ở hình 3.7. Tần số, cm-1 Loại dao động Tần số, cm-1 Loại dao động 3380 1690 1610 1515 1448 1230 -OH C=O C=C thơm C=C thơm C=C thơm =C-O-C 1144 1095 1034 819 763 -C-O-C -C-O-C C-O CH benzen thế para CH thơm 1 2 3 4 5 6 7 Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 336 U(V) -0.4-0.45-0.5-0.55-0.6-0.65-0.7-0.75-0.8-0.85-0.9 j (m A/c m^ 2) 20 15 10 5 0 -5 -10 Hình 3.7: Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch NaCl 3,5% khi ngâm thép 40ph trong dung dịch tanin nồng độ 0mg/l (1); 20mg/l (2); 30mg/l (3); 40mg/l (4); 60mg/l (5); 80mg/l (6); 100mg/l (7); 120mg/l (8) Kết quả xử lí các đường cong phân cực được trình bày trong bảng 3.4. Bảng 3.4: Giá trị điện trở phân cực (Rp), dòng ăn mòn (icorr) và hiệu quả ức chế Z (%) theo nồng độ dung dịch tanin Nồng độ (mg/l) Rp (Ohm) icorr (mA/cm 2 ) Z(%) Nồng độ (mg/l) Rp (Ohm) icorr (mA/cm 2 ) Z(%) 0 12.7857 5.1014E-0001 0 60 25.8574 2.5225E-0001 50.55 20 18.2199 3.5799E-0001 29.83 80 29.8961 2.1817E-0001 57.23 30 22.4425 2.9063E-0001 43.03 100 30.0147 2.1713E-0001 57.44 40 14.3676 4.5397E-0001 11.01 120 29.8808 2.1828E-0001 57.21 Từ bảng 3.4 cho thấy, khi ngâm thép trong dung dịch tanin nồng độ 100 mg/l thì hiệu quả ức chế ăn mòn cao nhất và đạt 57,44%. 4. KẾT LUẬN Qua quá trình nghiên cứu cho phép chúng tôi đưa ra một số kết luận sau: - Đã tìm được điều kiện tối ưu cho quá trình chiết tanin từ lá chè xanh là: kích thước nguyên liệu: 1mm - 5mm; tỉ lệ dung môi nước : etanol = 50% : 50%; nhiệt độ sôi; thời gian: 90 phút; tỉ lệ rắn : lỏng = 2 gam : 50 ml. Với điều kiện này thì lượng tanin thu được bằng 12,68% so với lượng nguyên liệu khô. - Kết quả đo IR (quang phổ hồng ngoại) cho thấy thành phần tanin trong 2 mẫu tương đương nhau. Kết hợp với các điều kiện tối ưu cho quá trình chiết tanin từ lá chè xanh, chúng tôi lựa chọn tanin tách từ dung môi nước - etanol để nghiên cứu khả năng ức chế ăn mòn kim loại. - Tanin có tính chất ức chế ăn mòn kim loại. Với thời gian ngâm thép là 40 phút trong dung dịch tanin 100 mg/l thì hiệu quả ức chế ăn mòn thép CT3 trong dung dịch NaCl 3,5% của tanin là 57,44%. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ Y tế (1980), Bài giảng dược liệu tập 1, NXB Y học, Hà Nội. [2] Phan Lương Cầm (1985), Ăn mòn và bảo vệ kim loại, ĐHKT Delf, Hà Lan. [3] Lê Tự Hải (2003), Giáo trình điện hoá học, ĐHSP Huế. [4] Nguyễn Văn Tuế (2001), Ăn mòn và bảo vệ kim loại, NXB GD. [5] Đỗ Trọng Biểu (1998), Đánh giá chất lượng chè đen xuất khẩu của Việt Nam bằng phân tích các hợp chất màu sản phẩm oxi hoá của Tanin, Tạp chí Nông nghiệp, Số 8. [6] Ann E. Hagerman (1998), Tanin Chemistry, Department of Chemistry and Biochemistry, Miani University, Ofoxd, USA. 1 2 3 4 5 6 7 8