Hầu hết các công trình xây dựng gần khu vực ven biển dễ bị ăn mòn hơn do ảnh hưởng của nước biển. Clorua đóng vai trò là chất xúc tác cho quá trình ăn mòn xảy ra. Sự xâm nhập của các tác nhân xâm thực như clorua vào bê tông làm giảm độ rỗng, tính thấm và màng thụ động của cốt thép cũng bị phá hủy nên dễ bị ăn mòn. Một màng thụ động mỏng có thể được hình thành trên cốt thép là do độ kiềm cao của các thành phần trong bê tông. Nói chung, bảo vệ kim loại có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các phương pháp khác nhau, chẳng hạn như chất ức chế ăn mòn, lớp phủ chống ăn mòn hoặc bảo vệ catốt. Tuy nhiên, các nguy cơ tiềm ẩn đối với sức khỏe và môi trường của các chất ức chế ăn mòn vô cơ đã thúc đẩy việc giảm sử dụng các chất ức chế này và thay thế bằng các chất ít đốc hại hơn và thân thiện với môi trường hơn. Gần đây, mối quan tâm ngày càng tăng đối với việc bảo tồn môi trường đã định hướng nhiều nỗ lực nghiên cứu hướng tới các chất ức chế ăn mòn thân thiện với môi trường. Đặc biệt, sự chú ý tập trung vào các hợp chất tự nhiên, chẳng hạn như chiết xuất thực vật có hoạt tính chống oxy hóa đối với các kim loại và hợp kim khác nhau. Một số nghiên cứu đã được thực hiện trên các chất ức chế ăn mòn “xanh” có thể thay thế cho các sản phẩm tổng hợp vì chúng thân thiện với môi trường, không độc hại, rẻ tiền, dễ kiếm và có thể tái tạo. Chúng giúp ức chế ăn mòn hiệu quả cho cốt thép, đặc biệt là trong nước biển.

Trong những năm qua, đã có nhiều nỗ lực to lớn trong việc tìm kiếm chất ức chế ăn mòn của các sản phẩm tự nhiên để giảm tốc độ ăn mòn của kim loại. Cây Diệp hạ châu (Phyllanthus urinaria) đã và đang được nghiên cứu và sử dụng cho lĩnh vực y sinh nhưng chưa có công bố đối với cây Diệp hạ châu dưới dạng chất ức chế ăn mòn và bảo vệ cho bất kỳ kim loại nào. Mục tiêu của nghiên cứu này là đánh giá tác dụng ức chế ăn mòn cốt thép trong dung dịch 3,5% NaCl của dịch chiết Diệp hạ châu với các nồng độ khác nhau. Tốc độ ăn mòn được phân tích bằng phương pháp đường cong phân cực, phương pháp đo tổng trở và bề mặt của cốt thép được phân tích bằng phương pháp SEM và EDX.

1. Thực nghiệm

1.1. Điều chế dịch chiết và chuẩn bị dung dịch thử nghiệm

Lá Diệp hạ châu được rửa sạch bằng nước máy, phơi khô dưới ánh mặt trời rồi xay nhỏ thành bột và hòa tan trong dung dịch ethanol với tỉ lệ 50 g/l. Sau đó được siêu âm trong 30 phút trên máy siêu âm, khuấy gia nhiệt dung dịch thu được ở 60°С trong 2 giờ, dung dịch được lọc bã bằng bộ lọc chân không. Cuối cùng, thu được dung dịch có màu xanh đậm và bảo quản trong lọ thủy tinh sẫm màu làm dung dịch gốc. Một phần dung dịch gốc được hòa tan trong dung dịch 3,5% NaCl với nồng độ 0,01% đến 0,2% làm dung dịch đo ăn mòn bằng phương pháp đường cong phân cực. Phần dung dịch gốc còn lại được hòa tan trong dung dịch vecni với nồng độ 0,01% đến 0,2%, sau đó được quét lên bề mặt điện cực trước khi đo tổng trở trong dung dịch 3,5% NaCl.

1.2. Chuẩn bị mẫu

Các mẫu thép CB3 (CB300) được chế tạo thành 2 dạng mẫu:

Một là mẫu tròn được chế tạo thành điện cực làm việc trong các phép thử điện hóa có diện tích bề mặt điện cực là 1 cm². Các điện cực được mài bằng giấy nhám từ thô đến mịn, rửa sạch, tẩy dầu mỡ, ổn định trong dung dịch nghiên cứu 30 phút trước khi đo điện hóa.

Hai là mẫu tròn dùng trong thử nghiệm theo phương pháp phân tích bề mặt sau khi ngâm trong dung dịch nghiên cứu 30 phút. Các mẫu này được tẩy dầu mỡ, tẩy gỉ hóa học, rửa sạch làm khô, bảo quản trong bình hút ẩm 12 giờ trước khi thử nghiệm.

1.3. Phương pháp đo điện hóa

Tất cả các phép đo điện hóa được thực hiện trên máy Autolab PGSTAT12/30/302 ở nhiệt độ phòng trong hệ ba điện cực bao gồm một điện cực so sánh (RE) Ag/AgCl, một điện cực phụ trợ (CE) Pt và một mẫu cốt thép làm điện cực làm việc (WE). Các phép đo đường cong phân cực được thực hiện trong dung dịch 3,5% NaCl có thể tích không đổi (200 ml) cùng với việc bổ sung dịch chiết Diệp hạ châu để có nồng độ khác nhau. Điện thế mạch hở (OCP) được ổn định trong 30 phút trước khi thử nghiệm điện hóa. Các đường cong phân cực thu được ở tốc độ quét 0,1 mV/s trong dải điện thế ± 100 mV so với OCP để xác định các thông số động học và hiệu quả ức chế ăn mòn. Phân tích phổ tổng trở điện hóa (EIS) được thực hiện tại OCP trong dải tần: 100 kHz ÷ 0,1 Hz. Phổ EIS được trang bị bằng phần mềm Nova 2.1.5. Các mẫu cốt thép được sử dụng trong phương pháp EIS được phủ một lớp dung dịch vecni có chứa nồng độ dịch chiết khác nhau trước khi đo. Các thí nghiệm được lặp lại ba lần cho mỗi nồng độ dịch chiết.

1.4. Phương pháp đánh giá bề mặt

Kính hiển vi điện tử quét (SEM) được sử dụng để phân tích cấu trúc vi mô của lớp bề mặt mẫu. Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) được sử dụng để xác định thành phần hóa học của bề mặt mẫu trước và sau ăn mòn. Mẫu cốt thép được ngâm 30 phút trong cốc 100 ml chứa dung dịch 3,5% NaCl có và không có dịch chiết Diệp hạ châu trước khi tiến hành phân tích.

2. Kết luận

Trong nghiên cứu này, lá cây Diệp hạ châu đã được chiết xuất thành công và được sử dụng như một chất ức chế ăn mòn cốt thép bê tông trong môi trường nước biển mô phỏng bằng cách sử dụng dung dịch 3,5% NaCl ở nhiệt độ phòng. Kết quả cho thấy dịch chiết Diệp hạ châu có thể được coi là một nguồn chất ức chế ăn mòn tương đối rẻ tiền, thân thiện với môi trường, có khả năng phân hủy sinh học và ức chế ăn mòn hiệu quả. Polyphenols có trong dịch chiết Diệp hạ châu được hấp phụ trên bề mặt cốt thép, tạo ra một màng phủ bảo vệ trong dung dịch 3,5% NaCl ngăn chặn hiệu quả sự ăn mòn của cốt thép. Các phép đo đường cong phân cực cho thấy rằng, sự hấp phụ đó ảnh hưởng đến cả phản ứng hòa tan kim loại ở anốt và phản ứng phát triển của hydro ở catốt. Kết quả nghiên cứu phân tích cơ chế ức chế ăn mòn đối với các dung dịch từ 0% đến 0,1% dịch chiết Diệp hạ châu đã cho thấy việc giảm đáng kể tốc độ ăn mòn, đặc biệt với việc bổ sung 0,02% dịch chiết Diệp hạ châu tốc độ ăn mòn giảm tới 32% so với khi không bổ sung dịch chiết. Việc lựa chọn dịch chiết Diệp hạ châu như một chất ức chế ăn mòn “xanh” có thể giảm thiểu sự ăn mòn của các công trình ven biển dưới tác động của môi trường biển. Hơn nữa, nghiên cứu khai thác ứng dụng của dịch chiết Diệp hạ châu là con đường bảo vệ ăn mòn bền vững trong ngành kỹ thuật hàng hải và các ngành có liên quan.