Xử lý nước thải nhiễm dầu của Công ty Cổ phần Dầu Khí Thái Bình Dương bằng phương pháp hấp phụ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1 Nguyễn Quang Minh – HD701

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG





ISO 9001 - 2008


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH: CÔNG NGHỆ HÓA DẦU


Sinh viên : Nguyễn Quang Minh
Người hướng dẫn: ThS. Đặng Chinh Hải




HẢI PHÕNG 2011
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2 Nguyễn Quang Minh – HD701

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG

XỬ LÝ NƢỚC THẢI NHIỄM DẦU CỦA CÔNG TY CỔ
PHẦN DẦU KHÍ THÁI BÌNH DƢƠNG
BẰNG PHƢƠNG PHÁP HẤP PHỤ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY
NGÀNH: CÔNG NGHỆ HÓA DẦU


Sinh viên : Nguyễn Quang Minh
Người hướng dẫn: ThS. Đặng Chinh Hải




HẢI PHÕNG 2011
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
3 Nguyễn Quang Minh – HD701

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP










ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
4 Nguyễn Quang Minh – HD701










Sinh viên: Nguyễn Quang Minh
Lớp: .HD701 Ngành: Công nghệ Hóa dầu
Tên đề tài: "Xử lý nƣớc thải nhiễm dầu của Công ty Cổ phần Dầu

Khí Thái Bình Dƣơng bằng phƣơng pháp hấp phụ".


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
5 Nguyễn Quang Minh – HD701


NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN

1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp
(về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ).
Nội dung hướng dẫn:
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán :
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
6 Nguyễn Quang Minh – HD701

……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp:
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
7 Nguyễn Quang Minh – HD701


CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Cán bộ hƣớng dẫn thứ nhất:
Họ và tên:
Học hàm, học vị:
Cơ quan công tác:
Nội dung hướng dẫn:









Cán bộ hƣớng dẫn thứ hai:
Họ và tên:

Học hàm, học vị :
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
8 Nguyễn Quang Minh – HD701

Cơ quan công tác:
Nội dung hướng dẫn:









Đề tài tốt nghiệp được giao ngày 20 tháng 01 năm 2011
Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày 17 tháng 3 năm 2010
Đã nhận nhiệm vụ ĐATN Đã giao nhiệm vụ ĐATN
Sinh viên Người hướng dẫn
Hải Phòng, ngày tháng năm 2011
HIỆU TRƢỞNG


GS.TS.NGƢT Trần Hữu Nghị
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
9 Nguyễn Quang Minh – HD701


PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỒ ÁN

1. Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp:
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………

2. Đánh giá chất lƣợng của đồ án (so với nội dung yêu cầu đã đề ra
trong nhiệm vụ Đ.A.T.N trên các mặt lý luận, thực tiễn, tính toán số
liệu…):
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
10 Nguyễn Quang Minh – HD701

……………………………………………………………………………

3. Cho điểm của cán bộ hƣớng dẫn (ghi bằng cả số và chữ):
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………

Hải Phòng, ngày … tháng … năm 2011
Cán bộ hƣớng dẫn
(họ tên và chữ ký)




ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
11 Nguyễn Quang Minh – HD701

MỤC LỤC
Nội dung

Trang

Mục lục
Mở đầu
Phần 1: Tổng quan
1. Giới thiệu chung về Công ty CPDK Thái Bình Dương và nước
thải nhiễm dầu
2. Khái niệm về nhũ tương
2.1 Phân loại nhũ tương
2.2 Chế tạo nhũ tương
2.3 Lý thuyết về sự ổn định của nhũ tương
2.4 Các tác nhân tọa nhũ
3. Xử lý nước thải nhiễm dầu bằng phương pháp hấp phụ
Phần 2: Thu thập mẫu và phân tích số liệu
1. Thu thập mẫu
2. Phân tích số liệu

2.1 Phương pháp khối lượng
2.2 Phương pháp khác
2.3 Nghiên cứu thực nghiệm tách loại dầu trong nước sử dụng
rơm rạ để hấp phụ
Phần 3: Kết quả và thảo luận
1. Xây dựng đường chuẩn
2. Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ và thời gian đến
hiệu quả tách loại dầu trong nước
3. Nghiên cứu khả năng hấp phụ của dầu trên mô hình thực nghiệm
4. Đề xuất quy trình xử lý nước nhiễm dầu
Kết luận
Tài liệu tham khảo

1
2
3

3
3
4
5
6
18
25
27
27
27
27
29

31
34
34

35
38
40
42
43
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
12 Nguyễn Quang Minh – HD701


MỞ ĐẦU

Hiện nay ở nước ta công nghiệp dầu khí là một trong những ngành công
nghiệp mũi nhọn. Nó cung cấp hầu hết các sản phẩm hoá học, tổng hợp hữu cơ
hoá dầu, làm nhiên liệu cung cấp cho nhiều ngành công nghiệp khác.
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp dầu khí thì cũng
nẩy sinh ra những vấn đề bức xúc kèm theo đó là sự ô nhiễm môi trường do quá
trình khảo sát địa chấn, khoan thăm dò tìm kiếm khai thác dầu khí cũng như sự
ô nhiễm trong quá trình sử dụng.
Trong sự phát triển các ngành công nghiệp của nước ta, ô nhiễm môi
trường nước đang trở thành một vấn đề gay gắt, đặc biệt là các nguồn nước thải
nhiễm dầu đã gây ra rất nhiều ảnh hưởng tới môi trường sống, tới sức khỏe của
con người…
Việc nghiên cứu tìm ra phương pháp xử lý nước thải nhiễm dầu còn
nhiều vấn đề cần xem xét vì các biện pháp xử lý hầu như cho hiệu quả chưa cao
về mặt kinh tế cũng như về mặt công nghệ, đặc biệt việc xử lý cặn dầu sau khi
tách rất khó khăn. Một trong các biện pháp được sử dụng rộng rãi là phương

pháp hấp phụ với các vật liệu khác nhau như mùn cưa, trấu Để góp phần vào
lĩnh vực này và tìm ra một loại vật liệu mới để xử lý dầu, nhiệm vụ chúng tôi
đặt ra trong khoá luận này là đánh giá hiện trạng môi trường của cơ sở kinh
doanh và vận tải xăng dầu: Công ty Cổ phần Dầu Khí Thái Bình Dương. Qua
đó chúng tôi sẽ tiến hành nghiên cứu xử lý nước thải có chứa dầu bằng rơm rạ
như một loại vật liệu hấp phụ mới với tên đề tài là "Xử lý nƣớc thải nhiễm
dầu của Công ty Cổ phần Dầu Khí Thái Bình Dƣơng bằng phƣơng pháp
hấp phụ".
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
13 Nguyễn Quang Minh – HD701

PHẦN 1: TỔNG QUAN

1. Giới thiệu chung về Công ty Cổ Phần Dầu Khí Thái Bình Dƣơng và
nƣớc thải nhiễm dầu.
Công ty Cổ Phần Dầu Khí Thái Bình Dương là một Công ty chuyên về kinh
doanh và vận tải xăng dầu. Trụ sở chính của Công ty nằm ở địa chỉ: số 104 Trần
Phú, phường 5, TP.Vũng Tàu. Hiện tại Công ty đang là Tổng Đại lý của Tổng
Công ty Dầu Việt Nam (PV OIL). Khách hàng của Công ty chủ yếu là các
khách hàng ở khu vực phía Nam và miền Tây Nam bộ. Với một hệ thống tàu
chở dầu và xe bồn chuyên dụng, Công ty Cổ Phần Dầu Khí Thái Bình Dương
có trách nhiệm nhập hàng (dầu DO, xăng các loại…) từ kho Pvoil về tồn chứa
tại kho của Công ty, sau đó tùy thuộc vào yêu cầu của khách hàng, Công ty sẽ
cung ứng nhiên liệu đáp ứng các nhu cầu của khách.
Trong quá trình vận chuyển cũng như bơm rót và tồn chứa, Công ty luôn đặt
các yêu cầu về bảo đảm an toàn, phòng chống cháy nổ lên hàng đầu. Tuy vậy,
vẫn còn một lượng nhỏ dầu lẫn vào nguồn nước thải từ các phương tiện chở
dầu, từ các kho chứa và cả trong các quá trình bơm rót, hiện tại vẫn chưa có
phương pháp xử lý triệt để trước khi thải ra sông, ra biển. Điều này về lâu dài sẽ
ảnh hưởng đến môi trường cũng như sức khỏe của con người, do đó các biện

pháp xử lý triệt để nguồn nước thải này đang là một vấn đề luôn được chú trọng
ở Công ty.
2. Khái niệm về nhũ tƣơng.
Nhũ tương là một hệ phân tán của ít nhất hai chất lỏng không tan lẫn hoặc
tan rất ít vào nhau, một trong hai chất lỏng đó phân tán vào chất lỏng kia dưới
dạng giọt, kích thước giọt chất lỏng biến đổi trong phạm vi rộng.
Dạng nhũ tương tuỳ thuộc vào loại chất nhũ hoá được sử dụng, nhiệt độ và
khối lượng các pha sử dụng. Nếu pha lỏng nào dễ hoà tan chất nhũ hoá sẽ có xu
hướng trở thành pha liên tục(môi trường phân tán).
Trong một nhũ tương kích thước các giọt không đồng nhất. Kích thước giọt
phụ thuộc. vào phương pháp chế tạo nhũ và nồng độ chất nhũ hoá. Cũng như
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
14 Nguyễn Quang Minh – HD701

các hệ phân tán khác, nhũ tương là hệ không bền nhiệt động. Do đó để duy trì
nhũ tương tạo được phải cho vào hệ bảo vệ(chất nhũ hoá).
2.1. Phân loại nhũ tƣơng
2.1.1. Phân loại dưa vào pha phân tán
Trong thực tế thường tồn tại hai loại nhũ đó là:
- Nhũ tương Dầu/nước hay gọi là nhũ tương thuận, đây là loại nhũ tương mà
pha phân tán là dầu còn pha liên tục là nước.
Nhũ tương Nướcldầu hay gọi là nhũ nghịch, trong đó pha phân tán là nước
còn pha liên tục là dâu.
2.1.2. Phân loại theo nồng độ thể tích mà pha phân tán chiêm
* Nhũ tương loãng:
Đây là loại nhũ tương mà pha phân tán chỉ chiếm 0.1 %- 0.2% thể tích hệ.
Gói hạn này là tuỳ thuộc vào bản chất của hai pha nhũ tương.
Nhũ tương loãng có thể tồn tại ở dạng giọt có đường kính khoảng 0.1 m.
Nhũ tương pha loãng có tính chất của một hệ kẹo điển hình, hệ có thể có điện
tích và cũng tuân theo qui tắc keo tụ. Điện tích xuất hiện trên các giọt của

pha phân tán là do sự hấp phụ các con của chất điện ly vô cơ có mặt trong môi
trường. Vì nồng độ nhỏ nên nhũ tương này có độ bền tập hợp lớn.
* Nhũ tương đặc:
Đây là loại nhũ tương mà pha phân tán chiếm từ 0.2% - 74% thể tích hệ.
Đường kính nhũ tương đặc khoảng 0.1 - 1 m. Nhũ tương đặc rất kém bền,
trong hệ thường phải có chất nhũ hoá bảo vệ. Nhũ tương đặc dễ sa lắng hoặc
nổi lên trên, nếu pha phân tán có khối lượng riêng lớn hơn khối lượng riêng môi
trường thì các giọt sẽ sa lắng, nếu pha phân tán có khối lượng riêng nhỏ hơn
khối lượng riêng của môi trường thì các giọt sẽ nổi lên trên.
* Nhũ tương đậm đặc:
Đây là loại nhũ tương mà phân tán chiếm từ 74% - 99% thể tích hệ. Nhũ
tương loại này chỉ tồn tại khi có chất nhũ hoá tốt. Dung dịch chất nhũ hoá nằm
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
15 Nguyễn Quang Minh – HD701

giữa các giọt của pha phân tán dưới dạng những màng rất mỏng, độ dày của
màng trong các nhũ tương này mỏng tới 100AO hoặc bé hơn. Các giọt cầu biến
dạng thành các hình da diện và được ngăn cách với nhau băng các màng mỏng
của chất nhũ hoá và pha ngoài (pha liên tục) trong một số trường hợp hệ tạo
thành khối gel, có ranh giới phân chia pha phức tạp.
2.1.3 Nhận biết nhũ tương Dầu/nước và nhũ tương Nước/dầu.
Có thể nhận biết hai loại nhũ tương bằng cách:
- Thêm một ít chất màu chỉ thị có khả năng tan vào một trong hai pha (pha
phân tán hoặc pha liên tục) mà qua kính hiển vi dễ dàng phân biệt được.
- Thêm một ít nước thì nó chỉ trộn lẫn trong loại nhũ tương Dầu/nước mà
không trộn lẫn trong loại nhũ tương Nước/dầu.
Dựa vào độ dẫn điện, độ dẫn điện của nhũ tương dầu/nước lớn hơn nhũ
tương nước/dầu.
2.2. Chế tạo nhũ tƣơng.
Có hai phương pháp để chế tạo nhũ tương đó là:

- Phương pháp ngưng tụ
- Phương pháp phân tán
2.2.1. Phương pháp ngưng tụ.
Cho chất lỏng A hoà tan vào chất lỏng B ở trạng thái bão hoà. Nếu trạng thái
bão hoà bị phá vỡ sẽ tạo thành nhũ tương. Việc phá vỡ tranh thái bão hoà có thể
thực hiện bằng cách hạ nhiệt độ của dung dịch hoặc thay đổi nồng độ của dung
dịch để giảm độ hoà tan.
Phương pháp này ít được dùng trong công nghiệp.
2.2.2. Phương pháp phân tán.
Quá trình tạo nhũ có thể xảy ra một cách tự nhiên do dầu có khả năng nhũ
hoá hay hoà tan. Hoặc dùng lực cơ học để phân tán pha này vào pha kia.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
16 Nguyễn Quang Minh – HD701

2.3. Lý thuyết về sự ổn định của nhũ tƣơng.
2.3.1. Hiện tượng tách nhũ.
Để nhũ tương có độ ổn định cao, kích thước giọt nhũ phải nhỏ, sự phân bố
kích thước giọt hẹp. Quá trình phá vỡ sự ổn định của nhũ lương xảy ra như:






Hình I - 3. Quá trình phá vỡ nhũ tƣơng

Ban dầu do có sự khác nhau về tỷ trọng giữa pha phân tán và môi trường
phân tán nhũ tương bị phân là hai phần có nồng độ chất phân tán thay đổi so với
nhũ tương ban đầu;một phần chứa nhiều giọt nhũ phân tán hơn phần kia. Tốc độ
lắng của các giọt nhũ trong chất lỏng được tính theo phương trình Stoke :

2
21
2
9
2 ddg
u

trong đó u: là tốc độ lắng
r : là bán kính giọt nhũ
d
1
, d
2
: là tỷ trọng của chất phân tán và môi trường phân tán

2
: là độ nhớt của môi trường phân tán
g: là gia tốc trọng trường

Lắng đọng
Tập hợp các
giọt nhũ
Tập hợp các
giọt nhũ

Lắng đọng

Nhũ tương

Kết tụ

Tách nhũ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
17 Nguyễn Quang Minh – HD701

Từ phương trình Stoke có thể thấy rằng để giảm quá trình lắng của các giọt
nhũ thì nhũ tương phải có sự phân bố kích thước hẹp, kích thước giọt nhỏ hoặc
tỷ trọng giữa các pha tạo nên nhũ tương phải xấp xỉ nhau, điều này khó thực
hiện được trong một số trường hợp cụ thể.
Quá trình lắng đọng có thể trở lại dạng nhũ tương ban đầu nhờ khuấy trộn
mạnh.
Quá trình phá nhũ hoàn toàn xảy ra khi các giọt nhũ kết hợp lại với nhau
thành các giọt lớn hơn là giảm số giọt trong nhũ tương. Quá trình kết hợp xảy ra
liên tục, đến một lúc nào đó nhũ tương bị phân tán thành hai pha riêng biệt.
Quá trình kết tụ xảy ra theo hai bước. Ban đầu các giọt nhũ có xu hướng lập
hợp lại lạo thành một tập hợp giọt. Tập hợp giọt này càng làm tăng tốc độ lắng
của pha phân tán.
Các giọt nhũ trong tập hợp giọt tiếp xúc trực tiếp với nhau khi phân tử chất
nhũ hoá trên bề mặt giọt nhũ bị khử hấp thụ. Do vậy chúng kết hợp lại với nhau
tạo thành giọt lớn hơn. Như vậy lực hấp thụ của chất nhũ hoá đối với pha phân
tán có ý nghĩa quan trọng trong quá trình ngăn cản sự kết tụ của các giọt nhũ.
2.3.2. Ảnh hưởng của điện tích đất sự ổn định của nhũ tương.
Ảnh hưởng của diện tích đến độ ổn định của nhũ tương được biết đến khá
sớm, nhưng phải đến thời gian gần đây người ta mới nghiên cứu lý thuyết này
một cách tỉ mỉ hơn. Đặc biệt là cần phải quan tâm ảnh hưởng của tích điện của
những giọt nhũ tương.
+ Nguồn gốc và dấu hiệu của sự tích điện lên giọt nhũ tương.
Việc tích điện lên giọt nhũ trong các hệ keo có thể sinh ra theo 3 cách sau :
- Sự ion hoá.
-Sự hấp phụ

- Sự tích điện do va chạm
- Sự ổn định của nhũ tương được coi như là do sự xuất hiện của các phần tử
tác nhân tạo nên nhũ trên bề mặt giọt. Khi các phần tử này hấp phụ trên bề mặt
phân chia pha và đặc biệt khi xét đến hệ nhũ tương dầu/nước thì nguồn gốc của
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
18 Nguyễn Quang Minh – HD701

việc tích điện bề mặt xuất phát từ quá trình lớn hoá của nhóm hoà tan trong
nước.
Ví dụ: Một hệ nhũ tương dầu/nước được ổn định bằng xà phòng thì không
có lý do để hy vọng rằng phần tử dấu của nhóm cacboxyl thâm nhập qua lớp bề
mặt vào pha nước sẽ được ton hoá. Nhóm cacboxyl (- COOH) chính là nhóm
hình thành lên bề mặt giọt. Các giọt này sẽ được bao quanh bằng lớp điện tích
âm.
Sự ổn định của nhũ tương bằng các tác nhân bề mặt không sinh ion hoặc các
chất không ton hoá khó minh hoạ cho việc tích điện lên bề mặt theo cơ chế này.
Tuy nhiên, giả thuyết về sự hấp phụ lên bề mặt có tính thuyết phục hơn. Ví dụ :
Sự hấp phụ của con từ pha nước có thể xảy ra.
Xét theo cách khác là có thể xảy ra sự tích điện khi có sự va chạm giữa các
giọt, nó tương tự như việc xuất hiện điện tích khi chà xát một miếng hổ phách
vào tấm lụa tơ tằm. Theo kết luận của nhiều nhà nghiên cứu khác thì cơ chế của
việc tích điện do va chạm được coi là chấp nhận được.
Trong trường hợp nhũ tương được ổn định bằng xà phòng sẽ tích điện âm
như đã cho thấy ở trên. Trường hợp nhũ tương được ổn định bằng tác nhân táo
nhũ cation, có thể giải thích là do sự tích điện dương của các giọt. Nói một cách
khác, người ta cũng dự đoán trước được dấu hiệu của việc tích điện, nhũ tương
ổn định bằng cơ chế kết hợp hấp phụ và con hoá. Việc này được đơn giản hoá
hơn khi xét tới tầm quan trọng của thế diện tích Zeta trong nhũ tương.
Theo nguyên tắc của Coehm, một chất có hằng số điện li cao được tích điện
dương khi tiếp xúc với một chất khác có hằng số điện li thấp hơn. Bởi vì nước

có hằng số điện li cao hơn hầu hết các chất là pha khác của giọt nhũ tương. các
giọt nhũ tương dầulnước sẽ có điện tích âm. Mặt khác, các giọt nước của nhũ
tương nước/dầu sẽ tích điện dương. Lưu ý là quy luật của Coehm chỉ được
chứng minh về tích điện li và không được coi như tính chuẩn xác về khả năng
tạo nhũ.
Như vậy việc tích điện của các giọt, như các hạt keo kị nước đóng góp vào
việc ổn định của hệ bởi vì lực đẩy chung của các hạt tích điện sẽ ngăn cản việc
tiếp xúc và kết tụ của chúng.
+ Lớp điện kép Helmlloltz:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
19 Nguyễn Quang Minh – HD701

Helmholtz đưa ra khái niệm lớp điện kép về điện tích của hạt keo kỵ nước là
do kết quả phân phối không đều các con trên bề mặt giọt. Nếu ion tích tiện gần
hạt thì các con có điện tích đối được xếp song song với chúng tạo nên lớp điện
tích kép biểu diễn ở dạng hạt hình cầu.
Sự phân bố điện tích là một hàm khoảng cách từ bề mặt của hạt thể hiện ở
hình I-4. Sự phân bố này tương tự như sự tạo thành hai hình cầu đồng tâm.
+ Lớp điện kép khuếch tán Gony:
Xét tới sự cân đối của các ion thì vẫn có sự giả định rằng phải có các ổn định
hướng đều đặn lể hình thành lớp Hclmholtz. Để khắc phục những mặt chưa
hiệu quả của thuyết này Gony đã cho rằng các lớp kép được khuếch án ra phía
ngoài gồm một lớp các con có mật độ điện lích giảm theo qui luật số mũ.
Lưu ý rằng việc giảm bán kính của các hạt cầu tới một kích thước cần thiết
theo thuyết Debye - Huckel là để có một điện tích bền.
Gony đưa vào phương trình của Poisson dẫn đến phương trình về thông số k:
kT
enz
k
22

8
(1.1)
Trong đó:
Z: là hoá trị của ion tích điện trái dấu với điện tích bề mặt.
n: là số lớn trong lcm
3
của lớp điện tích kép
e: là điện tích nguyên tố.
k: là hằng số Bolzman's
T: nhiệt độ tuyệt đối.
k: khoảng cách tương ứng từ mặt phẳng của hạt chứa hầu hết điện tích
của hạt.
Như vậy 1!k là đường kính hiển dụng của hạt và độ dầy của lớp kép tỉ lẽ với
n1/2.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
20 Nguyễn Quang Minh – HD701

+ Lớp kép khuếch tán Stern:
Mặc dù khái niệm của Gony có một ý nghĩa nhất định về lớp khuếch tán
nhưng vẫn còn một số nhược điểm. Để khắc phục những nhược điểm này Stern
đã kết hợp lý thuyết của Helmholtz và Gony.
Theo thuyết của Stem thì lớp điện kép gồm hai phần:
- Lớp thứ 1 : có độ dày xấp xỉ bằng một lớp ton đơn cố định tại bề mặt (lớp
Helmholtz).
- Lớp thứ 2 : có khoảng cách mở rộng ra phía pha ngoài và được khuếch tán
(lớp Gony), trong pha này thế năng lớp này giảm dần.
+ Sự điện li
Nếu một nhũ tương (hay một hệ keo kỵ nước) là một trường điện, kết quả
của việc tích điện của các giọt sẽ di chuyển từ một dạng này sang dạng khác.
Hiện tượng này gọi là Cataphoresis hay điện di.

Người ta quan sát và lo tỷ lệ di chuyển của hiệu ứng này bằng kính hiển vi
hoặc bằng thiết bị đo chuyển dịch biên.
Theo cách đo của thiết bị này người ta nghiên cứu tỷ lệ chuyển động giữa
nhũ tương và giọt keo và người ta quan sát sự phân tán trung bình của các giọt
dưới tác động của điện trưởng.
Tỷ lệ của chuyển động ở lớp biên cân bằng đến giá trị chuyển động trung
bình của các phân tử.
Vận tốc của các phần tử v là một hàm của thế năng E và thường được biểu
thị qua các liệu về Electrophoresic?
u = v/E
Theo đơn vị thông thường: Micro/s. vol.cm. Nghĩa là vận tốc của một giọt
dưới thế năng 1vol trên 1 cm.
+ Thế điện tích Zeta:
Khi giải thích sự kết hợp giữa việc tồn tại của lớp kép và các hiệu ứng điện
động khác nhau, tổng đại số điện tích của một giọt và trong dung dịch bằng 0.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
21 Nguyễn Quang Minh – HD701

Trọng tâm điện tích của hệ không bị dịch chuyển do lực hút điện bắt nguồn từ
lực điện động.
Tuy nhiên các lực này có thể tạo ra sự thay đổi vị trí, ví dụ: hạt tích điện âm,
nước tích điện dương thì các hạt bị hút do các diện tích dương. Helmholtz đã áp
dụng lý thuyết thuỷ động học vào giả thuyết này đưa ra quan hệ:
v = E/4 (1.2)
Trong đó :
: là hằng số điện môi.
: là độ nhớt pha phân tán.
: là thế điện tích Zeta.
Đây không phải là thế điện tích tại bồ mặt mà ở một số điểm ở lớp điện tích
kép, tương ứng với giá trị lớn hơn thế điện tại mặt cắt (H.I -4).

Mặc dù thế điện tích Zecta không thực sự chính xác bằng lớp kép nhưng
chúng liên quan với nhau. Xác định thực nghiệm về độ lớn được đo bằng vận
tốc điện ly. Thuyết này đóng góp một phần quan trọng trong việc phát triển lý
thuyết về nhũ tương.
Smoluchowski chỉ ra rằng phương trình (1 . 2) chỉ có giá trị khi với hiện
tượng điện ly(electrophoresis).
Tuy nhiên, Debye - Huckel cho rằng phương trình Smọluchowski có giá trị
khi xét đến hình dạng . . . , hằng số thay đổi theo hình dạng của hạt và đối với
giọt cầu phương trình có dạng:
6
E
v
(1.3)
Việc xem xét này dựa theo lớp kép của Helmholtz, tuy nhiên dựa trên sự
phân bố theo hàm số mũ của Gony có thể cho thấy sự điện đi:
kr
r
u
1
(1.4)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
22 Nguyễn Quang Minh – HD701

Trong đó:
: là điện tích bề mặt.
: là độ nhớt pha phân tán.
r: là bán kính hạt.
k: đưa ra từ phương trình (1 .1) .
Phương trình này cho thấy điện di thay đổi theo kích thước hay hình dạng
của giọt.

2.3.3. Các yếu tố bề mặt đối với sự ổn định nhũ tương
Theo quan điểm nhiệt động thì nhũ tương là một hệ mà pha phân tán gồm
những giọt nhỏ kích thước từ 0.1 m đến 100 m. Sự phân tán này không phải
là tuyệt đối bởi vì bề mặt phân chia pha phụ thuộc vào năng lượng tự do bề mặt,
khi hai giọt tiếp xúc nhau có thể kết hợp với nhau là giảm vùng phân chia pha.
Như vậy việc liên kết của các giọt có thể xem như một quá trình nhiệt động tự
phát sinh. Quá trình ngược lại cần phải tiêu tốn một năng lượng vì vậy nó
không xảy ra một cách tự nhiên. Các dung dịch hoà tan ở trạng thái phân tán
keo mixen không bị phân lớp như nhũ tương bởi vì các thành trong chúng
không tạo thành một hệ nhiệt động mà trong đó xảy ra sự phân tách.
Nếu nói về tính không bền vững của nhũ tương thì dựa vào đặc điểm để
phân biệt có thể chia ra các trường hợp sau:
- Sự phá vỡ nhũ
- Sự tạo lớp váng
- Sự kết tụ
Tất cả các trường hợp này đều có thể xảy ra sau khi nhũ tương được hình
thành.
Sự phá vỡ nhũ là sự kết hợp tự nhiên của các giọt nhỏ trong nhũ tương để
tạo thành một hệ gồm hai dung dịch phân lớp. Trường hợp này thường xảy ra
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
23 Nguyễn Quang Minh – HD701

khi hình thành một hỗn hợp tạo bởi bằng cách khuấy, lắc hai dung dịch tinh
khiết không tan lẫn. Ví dụ: nước và benzen.
Sự tạo lớp giọt sinh ra khi các giọt phân tán hút nhau nhưng các giọt vẫn giữ
trạng thái phân tách khi chúng va chạm nhau hoặc chỉ một lượng nhất định các
giọt nhỏ liên kết thành giọt lớn (Hình I- 4.B). Nếu tập hợp giọt có khối lượng
riêng lớn hơn khối lượng riêng của dung dịch thì sẽ chìm xuống dưới. Sự tạo
lớp giọt thường có ở các nhũ tương pha loãng nếu các pha không cân bằng về
khối lương riêng và không có sự phá vỡ bề mặt phân chia pha của các giọt hoặc

có sự phá vỡ các giọt với số lượng không đáng kể.
Sự kết tụ là các giọt của nhũ tương mắc dính vào nhau hình thành những
đám giọt lơ lửng trong dung dịch nhưng không có sự kết hợp của các giọt riêng
rẽ thành giọt lớn, ví dụ: sự đông đặc của sữa bằng nước hoa quả. Cả hai trường
hợp: sự tạo lớp giọt và sự kết tụ, các giọt tiến đến va chạm vào nhau và không
tạo sự liên kết trong của dung dịch, nhưng khi cả hai dung dịch đều tinh khiết
thì sẽ xảy ra sự phá vỡ nhũ.
Để có được một nhũ tương ổn định có lợi và có nồng độ của pha phân tán
không đổi thì nhất thiết phải thêm một cáu tử thứ ba làm chất tham gia để tăng
tính ổn định của nhũ tương. Tạm thời có thể chia ra 4 nhóm các chất làm tác
nhân tạo nhũ.
+ Nhóm thứ nhất: (là các chất ít ảnh hưởng nhất)
Đây là các chất điện li vô cơ đơn giản. Ví dụ : Kim tricyanat (KCNS).
Khi cho thêm vào nước ở vài nồng độ nhỏ cho phép độ ổn định tạm thời đối
với các nhũ tương dầu trong nước. Ở đây, sự ổn định có được do sự hình thành
lớp điện tích kép trên bề mặt phân chia pha về phía của nước, kết quả là tạo ra
lực ton. ton CNS- tạo thành một thế diện tích âm trên bề mặt phân chia pha.
Như vậy sự ổn định có được là do lực đẩy của lớp điện tích kép trên bề mặt giọt
dẫn đến làm giảm va chạm của các giọt phân bố. Tuy nhiên các tác nhân tạo
nhũ dạng này cho kết quả không cao về thời gian tồn tại của nhũ tương và nồng
độ của nhũ tương.
+ Nhóm thứ hai:
Là các chất hoạt động bề mặt của xà phòng và các chất tẩy rửa. Nói chung
các nhóm dạng này có chứa một hoặc nhiều hơn các nhóm kỵ nước (alkyl hoặc
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
24 Nguyễn Quang Minh – HD701

các Hydrocacbon thơm, nocacbon. . . . ) và có chứa một hoặc nhiều nhóm ưa
nước trong cùng một phân tử. Phân tử lưỡng tính như vậy có sự bám dính và
định hướng khá mạnh ở bề mặt phân chia pha hệ dầu/nước và dưới sự trợ giúp

của các tác nhân này nhũ tương tồn tại khá ổn định.
+ Nhóm thứ ba:
Nhóm này giúp nhũ tương ổn định tết hơn, đây là các tác nhân tạo nhũ có
phân tử lượng cao. Ví dụ: Protcin, keo, tinh bột và các chất thuỷ phân của nó
như dextrin,metylxenlulo, ligno-sulphonat. . . Ngoài ra cũng có thể là các
polime tổng hợp như: polyvi nyl alcol. Các hợp chất này cũng bám dính ở bề
mặt phân chia pha dầu/nước. Do tính đa bội của các nhóm kỵ nước và các nhóm
ưa nước, mỗi phân tử gắn với rất nhiều điểm theo chiều dài phân tử của nó. Các
chất này giữ cho sự kết tụ của các giọt diễn ra lâu hơn.
+ Nhóm thứ tư:
Các tác nhân tạo nhũ thuộc nhóm này là các chất rắn không tan có độ phân
tán cao, có khả năng thấm ướt chọn lọc đối với chất lỏng phân cực hoặcchất
lỏng không phân cực đã tạo nên nhũ tương. Có thể nhìn bằng kính hiển vi thấy
được các phần tử hình thành từ những đơn lớp của chúng bằng cách phủ lên
trên bề mặt các giọt. Điều kiện để các phần tử này bám lên bề mặt. giọt phụ
thuộc vào tính chất hoá bề mặt nhiều hơn là thành phần cấu trúc bên trong của
chúng.
Một quan tâm khác khi nghiên cứu tính không ổn định của nhũ tương là
khoảng thời gian và điều kiện để khống chế chúng. Mặc dù việc mô tả tính ổn
định của nhũ tương chỉ bàng một số ít các trường hợp đại diện cho tất cả trường
hợp không phải là dễ nhưng nó cũng đưa ra được một tỷ lệ nhất đính sự phân
chia ở các dạng khác nhau đối với nhiều nhũ tương.
Quá trình phá nhũ ở đây liên quan đến sự va chạm của các giọt bằng chuyển
động Brow hoặc do sự đối lưu, sau đó sinh ra những giọt có kích thước lớn hơn
do sự dính kết và phá vỡ màng. Quá trình trên được thúc đẩy nhanh hơn do sự
đối lưu bởi vì các hạt huyền phù ban đầu và các giọt đã kết hợp có kích thước
khác nhau vì thế sự va chạm sẽ lớn hơn. Quá trình này gọi là sự "kết khối động
lực". Kết quả là các giọt lớn hơn tiếp tục bị kéo dài ra. Nếu kéo dài thời gian sẽ
dẫn đến một động lực ổn định và phân bố kích thước ổn định.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

25 Nguyễn Quang Minh – HD701

Sự ổn định của nhũ tương có thể được ghi nhận khi ta không thấy sự phá
nhũ trong vài giờ, vài ngày hoặc vài tháng khi các giọt có khả năng chạm vào
nhau nhưng không xảy ra sự phá vỡ mặt phân cách và kết hợp giữa các chất
lỏng bên trong giọt. Các tác nhân tạo nhũ đã tạo ra một rào chắn phân tử giữa
các đung dịch, hàng rào chắn này có thể giữ vững ở một áp suất nhất định.
Lưu ý đến hiện tượng thứ nhất, sự cân bằng giữa các mặt phân cách và dung
dịch chất có hoạt tính bề mặt. Đường đẳng nhiệt hấp thụ của Gibbs đưa ra mức
độ của sức căng mặt phân cách, - d , do việc làm tăng thêm chất tan, (sao cho
làm tăng hoạt tính nhiệt động ai của nó nhờ một lượng dai ).
d = Γ
i
RTln(a
i
) (1.5)
Ở đây, Γi ; là lượng hấp phụ của hợp chất i trên một đơn vị diện tích theo
quy ước của Gibbs ( tức là dung môi làm chất không háp phụ ). Có ba trường
hợp đặc biệt đáng chú ý, ở đây được đề cập một cách đơn giản đến nồng độ.
Trường hợp nếu i đơn giản là hợp chất không ion trong dung dịch pha loãng
ai ci;.
- Trường hợp nếu chất có hoạt tính bề mặt là chất phân ly phân tác thành hai
con và không có một lượng đáng kể chất phân ly nào khác thì d(lnai) = 2d
(lnf ci) . Ở đây f là hệ số hoạt hoá lớn trung bình của chất phân ly ở nồng độ
thường.
- Trường hợp chất có hoạt tính bề mặt ton nồng độ loãng được thêm vào một
lượng dung dịch đặc hơn tương ứng của chất phân ly không hoạt động bề mặt,
chẳng hạn như NaCl , d (lnai) = d (lnf ci). Ở đây f là hệ số hoạt hoá thích
hợp với chất có hoạt tính bề mặt ở trạng thái trung bình Nếu các dung dịch là
loãng, các hệ số hoạt tính có thể được ước tính theo thuyết của Debye - Huckel

hoặc một vài phần mở rộng của thuyết này.
Phương trình Gibbs thường được áp dụng để tính cho các mặt phân cách các
thể nhũ tương nước/dầu, bởi vì vùng xen giữa đáng kể của chúng tạo ra phương
pháp thuận tiện để xác định độ hấp phụ bằng cách đo sự sụt giảm nồng độ của
chất nhũ tương hoá. Cockbain ( 1954) đã đo đạc thành công các nồng độ bề mặt
cho Nam dodecyl sulphate ở mặt phân cách nhũ tương nước/dầu có thể áp dụng
theo phương trình Gibbs.