Tải bản đầy đủ (.pdf) (95 trang)

phân chia hệ nhũ tương dầu nước

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (474.28 KB, 95 trang )

Đồ án tốt nghiệp Phân chia hệ nhò tương dầu
nước Ph©n chia hÖ nhò t¬ng dÇu níc

Phân chia hệ nhũ tương dầu nước
LỜI CẢM ƠN
Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy Phạm
Văn Thiêm cùng thầy Hoàng Tuấn Bằng đã tận tình hướng
dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình làm tốt nghiệp.
Em còng xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô trong
bộ môn Công Nghệ Hữu Cơ Hoá Dầu, bộ môn Quá Trình
Thiết Bị trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội cùng tất cả
các bạn đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho em trong
suốt quá trình làm đồ án.
Nhân dịp này em còng xin cảm ơn tất cả các Thầy,
Cô đã từng dạy em trong suốt thời gian học ở trường Đại
Học Bách Khoa Hà Nội.
Hà Nội, ngày 15 tháng 5 năm 2002
Sinh viên
Nguyễn Đình Nhật
Sinh viên : Nguyễn Đình Nhật Trang1
Líp : Hoá Dầu I-K42
Đồ án tốt nghiệp Phân chia hệ nhò tương dầu
nước Ph©n chia hÖ nhò t¬ng dÇu níc

Mục lục
Trang
Chương I: tổng quan
I.khái niệm về nhò tương
II.Phân loại nhò tương
1. Phân loại dùa vào pha phân tán
2. Phân loại theo nồng độ thể tích mà pha phân tán chiếm


3. Nhận biết nhò tương dầu nước và nhò tương nước dầu
III. Chế tạo nhò tương
1. Phương pháp ngưng tụ
2. Phương pháp phân tán
IV.Lý thuyết về sự ổn định của nhò tương
1. Hiện tượng tách nhò
2. ảnh hưởng của điện tích đến sự ổn định của nhò tương
3. Các yếu tố bề mặt đối với sự ổn định nhò tương
4. Các tác nhân tạo nhò
4.a.Sức căng bề mặt của dung dịch chất nhò hoá
4.b. Chọn chất nhò hoá
4.c. Chất hoạt động bề mặt
5. Lùa chọn chất phá nhò
Chương II : Phương pháp nghiên cứu
I.Kích thước và phân bố tập hợp giọt nhò tương
1.Kích thước, thành phần và phân bố kích thước giọt
Sinh viên : Nguyễn Đình Nhật Trang2
Líp : Hoá Dầu I-K42
Đồ án tốt nghiệp Phân chia hệ nhò tương dầu
nước Ph©n chia hÖ nhò t¬ng dÇu níc

2. Các phương pháp xác định kích thước giọt
3. Phân bố kích thước giọt
4. Các hàm phân bố thường gặp của tập hợp giọt
5. Đánh giá tính tương hợp của hàm phân bè
6.Biểu diễn phân bố tập hợp giọt
II.Qui trình thí nghiệm
1. Tạo mẫu nhò tương dầu nước.
2. Tiến hành thí nghiệm phá nhò.
3. Phương pháp xác định lượng dầu trong nước tiến

hành trong phòng thí nghiệm
III.Phương pháp kế hoạch hoá thực nghiệm
1.Kế hoạch toàn phương
2. Tối ưu hoá bằng phương pháp leo dốc trên bề mặt mức
3. Mô tả miền hầu như ổn định (miền dừng cực trị)
4. Kế hoạch trực giao bậc 2
IV.phương pháp tuyển nối
1. Những khái niệm về tuyển nổi
2. Phân loại tuyển nổi. 3. Nội dung tuyển nổi bọt
3. Ứng dụng phương pháp tuyển nổi bọt
Chương III : kết quả thảo luận
I . Kết quả thí nghiệm và mô tả toán học
1. Tính các hệ số b
j
của mô hình
2. Kiểm tra sự tương hợp của các hệ số b
j
3. kiểm tra tính tương hợp của mô hình
4. Lập mô hình bậc hai
Sinh viên : Nguyễn Đình Nhật Trang3
Líp : Hoá Dầu I-K42
Đồ án tốt nghiệp Phân chia hệ nhò tương dầu
nước Ph©n chia hÖ nhò t¬ng dÇu níc

MỞ ĐẦU
Hiện nay ở nước ta công nghiệp dầu khí là một trong những
nghành phát triển mạnh. Nó cung cấp hầu hết các sản phẩm hoá học
, tổng hợp hữu cơ hoá dầu, làm nhiên liệu cung cấp cho nhiều
nghành công nghiệp khác . Cùng với sự phát triển mạnh của
nghành công nghiệp dầu khí thì cũng nẩy sinh ra những vấn đề bức

súc kèm theo đó là sự ô nhiễm môi trường do qua trình khảo sát địa
chấn , khoan thăm dò tìm kiếm khai thác dầu khí cũng như sự ô
nhiễm trong quá trình sử dông .
Hiện nay ở nước ta đang khai thác một số mỏ như Bạch Hổ ,
Đại Hùng và chuẩn bị khai thác một số mỏ mới như Rạng Đông ,
Ruby , Hồng Ngọc …Do đó sự ô nhiễm mặt nước do khai thác và
sử dụng là không thể tránh khái . Ngoai ra trong quá trình hoạt
động còn có thể xảy ra các sự cố làm tràn dầu ra biển như rò rỉ dầu
trong bơm tải tiếp dầu , vì nứt đường ống , va chạm tầu chở dầu .
Theo số liệu thống kê của cục môi trường Bộ khoa học công nghệ
môi trưòng trong những năm gần đây có các sự cố như : Ngày 10-
1-1996 sự cố tràn dầu ở lô 4 ngoài khơi vũng tầu dầu diezen tràn ra
từ khoan nhiên liệu của tầu dịch vụ với lượng là 85m
3
, sù cố xảy ra
vào 8-1998 ở Cát Lái .
Bên cạnh những vấn đề ô nhiễm môi trường biển do các sự
cố xảy ra thì vấn đề ô nhiễm do các các chất thải của nhà máy xí
Sinh viên : Nguyễn Đình Nhật Trang4
Líp : Hoá Dầu I-K42
ỏn tt nghip Phõn chia h nhũ tng du
nc Phân chia hệ nhũ tơng dầu nớc

nghip cú s dng du cng l vn cn phi gii quyt vỡ nú gõy
tỏc hi trc tip ti ngun nc sinh hot v sc kho ca con
ngi Do nhng tỏc hi k trờn m vic phõn chia v tỏch du ra
khi nc l mt vn thit thc v cp bỏch hin nay. Do những
tác hại kể trên mà việc phân chia và tách dầu ra khỏi nớc là một
vấn đề thiết thực và cấp bách hiện nay.
CHNG I: TNG QUAN

I. khỏi nim v nhũ tng.
Nhũ tng l mt h phõn tỏn ca ít nht hai cht lng
khụng tan ln hoc tan rt ít vo nhau, một trong hai cht lng ú
phõn tỏn vo cht lng kia di dng git nh, kớch thc git cht
lng bin i trong phm vi rng.
Dng nhũ tng tu thuc vo loi cht nhũ hoỏ c s
dng, nhit v khi lng cỏc pha s dng. Nu pha lng no d
ho tan cht nhũ hoỏ s cú xu hng tr thnh pha liờn tc.
Trong mt nhũ tng kớch thc cỏc git khụng ng nht.
Kớch thc git ph thuc vo phng phỏp ch to nhũ v nng
cht nhũ hoỏ. Cng nh cỏc h phõn tỏn khỏc, nhũ tng l h
khụng bn nhit ng. Do ú duy trỡ nhũ tng to c phi
cho vo h cht bo v (cht nhũ hoỏ).
II.Phõn loi nhũ tng .
1.Phõn loi dựa vo pha phõn tỏn.
Trong thc t thng tn ti hai loi nhũ tng ú l:
-Nhũ tng du/nc hay gi l nhũ tng thun õy l loi nhũ
tng m pha phõn tỏn l du cũn pha liờn tc l nc.
Sinh viờn : Nguyn ỡnh Nht Trang5
Lớp : Hoỏ Du I-K42
Đồ án tốt nghiệp Phân chia hệ nhò tương dầu
nước Ph©n chia hÖ nhò t¬ng dÇu níc

-Nhò tương nước/dầu hay gọi là nhò tương nghịch trong đó pha
phân tán là nước còn pha liên tục là dầu.
2.phâ loại theo nồng độ thể tích mà pha phân tán chiếm.
• Nhò tương loãng.
Đây là loại nhò tương mà pha phân tán chỉ chiếm 0,1%-0,2% thể
hệ. Giới hạn 0,1%-0,2% là tuỳ thuộc vào bản chất của hai pha mà
nhò tương.

Nhò tương loãng có thể tồn tại ở dạng giọt có đường kính
khoảng 0,1µm. Nhò tương pha loãng có tính chất của một hệ keo
điển hình, hệ có thể có điện tích ξ và cũng tuân theo quy tắc keo tụ.
Điện tích xuất hiện trên các giọt của pha phân tán là do sự hấp phụ
các ion của các chất điện ly vô cơ có mặt trong môi trường. Vì
nồng độ nhỏ nên nhò tương này có độ bền tập hợp lớn. Điện tích
xuất hiện trên các giọt của pha phân tán là do sự hấp phụ các ion
của các chất điện ly vô cơ có mặt trong môi trường. Vì nồng độ hạt
nhỏ nên nhò tương loãng có độ bền tập hợp hạt lớn.
• Nhò tương đặc.
Với nhò tương đặc pha phân tán thường chiếm khoảng 0,2% đến
74% thể tích hệ. Đường kính giọt trong nhò tương đặc vào khoảng
0,1đến 1µm. Nhò tương đặc rất kém bền, trong hệ thường phải có
chất nhò hoá bảo vệ. Nhò 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 và ngược lại thì các giọt sẽ nổi lên
trên.
• Nhò tương đậm đặc.
Sinh viên : Nguyễn Đình Nhật Trang6
Líp : Hoá Dầu I-K42
Đồ án tốt nghiệp Phân chia hệ nhò tương dầu
nước Ph©n chia hÖ nhò t¬ng dÇu níc

Pha phân tán chiếm từ 74 đến 99% thể tích hệ. Nhò tương
loại này chỉ tồn tại khi có chất nhò hoá tốt. Dung dịch chất nhò hoá
nằm giữa các giọt của pha phân tán dưới dạng những màng rất
mỏng, độ dày của màng trong các nhò tương này mỏng tới 100A
0
hoặc bé hơn. các giọt cầu biến dạng thành các hình đa diện và được
ngăn cách với nhau bằng các màng mỏng của chất nhò 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.
Hinh1.1 Nhò tương dầu/nướcvà nhò tương nước/dầu.
3.Nhận biết nhò tương dầu nước và nhò tương nước dầu.
Có thể nhận biết hai loại nhò tương bằng cách:
-Thêm mét Ýt chất màu chỉ có khả năng tan vào một trong hai pha (
pha phân tán ) hoặc ( pha liên tục ) mà qua kính hiển vi có thể dễ
dàng phân biệt được.
-Thêm mét Ýt nước thì nó chỉ trộn lẫn trong nhò tương loai
dầu/nước mà không trộn lẫn trong nhò tương loại nước/dầu.
-Độ dẫn điện của nhò tương dầu/nước lớn hơn nhò tương nước dầu.
Sinh viên : Nguyễn Đình Nhật Trang7
Líp : Hoá Dầu I-K42
ỏn tt nghip Phõn chia h nhũ tng du
nc Phân chia hệ nhũ tơng dầu nớc

III.ch to nhũ tng.
Cú hai phng phỏp ch to nhũ tng ú l:
- phng phỏp ngng t.
- Phng phỏp phõn tỏn.
1.phng phỏp ngng t.
Cho cht lng A ho tan vao cht lng B trng thỏi bóo
ho. Nu trng thỏi bóo ho b phỏ v s to thnh nhũ tng. Vic
phỏ v trng thỏi bóo ho cú th thc hin bng cỏch h nhit
ca dung dch hoc thay i nng ca dung dch gim ụ ho
tan.
Phng phỏp ny ít c dựng trong cụng nghip.
2.phng phỏp phõn tỏn.
Quỏ trỡnh to nhũ cú th xy ra mt cỏch t nhiờn do du cú
kh nng nhũ húa hay ho tan. Hoc dựng lc c hc phõn tỏn

pha ny vo pha kia.
IV.Lý thuyt v s n nh ca nhũ tng .
1.Hin tng tỏch nhũ.
nhũ tng cú n nh cao, kớch thc git nhũ phi
nh, s phõn b kớch thc git hp. Quỏ trỡnh phỏ v s n nh
ca nhũ tng xy ra nh sau:

Sinh viờn : Nguyn ỡnh Nht Trang8
Lớp : Hoỏ Du I-K42
Nhũ tơng
Lắng đọng Tập hợp các
giọt nhũ
Tập hợp các
giọt nhũ
Lắng đọng
Kết tụ
Tách nhũ
Đồ án tốt nghiệp Phân chia hệ nhò tương dầu
nước Ph©n chia hÖ nhò t¬ng dÇu níc

HìnhI-2: Quá trình phá vỡ nhò tương
Ban đầu do có sự khác nhau về tỷ trọng giửa pha phân tán và
môi trường phân tán, nhò tương bị phân làm hai phần có nồng độ
chất phân tán thay đổi so với nhò tương ban đầu; một phần chứa
nhiều giọt nhò phân tán hơn phần kia. Tốc độ lấng của các giọt nhò
trong chất lỏng được tính bởi phương trình Stoke:
( )
2
21
2

9
2
η
ddgr
u

=
Ơ đây: u: tốc độ lắng.
r: là bán kính giọt nhò.
d
1
,d
2
:là tỷ trọng của chất phân tán và môi trường phân tán.

η
2
: là độ nhít của môi trường phân tán.
g: là gia tốc trọng trường.
Từ phương trình Stoke có thể thấy rằng để làm giảm quá
trình lắng của các giọt nhò, nhò tương phải có phân bố kích thước
hẹp, kích thước giọt nhỏ, hoặc tỷ trọng giữa các pha tạo nên nhò
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 nhò tương ban đầu
nhờ khuấy trộn mạnh.
Quá trình phá nhò hoàn toàn xảy ra khi các giọt nhò kết hợp
lại với nhau thành các giọt lớn hơn làm giảm số giọt trong nhò
Sinh viên : Nguyễn Đình Nhật Trang9
Líp : Hoá Dầu I-K42

Đồ án tốt nghiệp Phân chia hệ nhò tương dầu
nước Ph©n chia hÖ nhò t¬ng dÇu níc

tương. Quá trình kết hợp xảy ra liên tục, đến một lúc nào đó nhò
tương bị phân tán thành hai pha riêng biệt.
Quá trình kết tụ xảy ra theo hai bước. Ban đầu các giọt nhò
có xu hướng tập hợp lai, tạo thành một tập hợp giọt. Tập hợp giọt
này càng làm tăng tốc độ lắng của pha phân tán.
Các giọt nhò trong tập hợp giọt tiếp xúc trực tiếp với nhau
khi phân tử chất nhò hoá trên bề mặt giọt nhò bị khử hấp thụ. Do
vậy chúng kết hợp lại với nhau tạo thành giọt lớn hơn. Như vậy lực
hấp thụ của chất nhò hoá đối với pha phân tán có ý nghĩa quan
trọng trong quá trình ngăn cản sự kết tụ của các giọt.
2.ảnh hưởng của điện tích đến sự ổn định của nhò tương.
Ảnh hưởng của điện tích đến độ ổn định của nhò 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 việc tích điện của những giọt nhò tương .
+Nguồn gốc và dấu hiệu của sự tích điện lên giọt nhò tương.
Việc tích điện lên giọt trong các hệ keo có thể sinh ra theo 3
cách sau:
- Sù ion hoá .
- Sù hấp phô .
- Sù tích điện do va chạm .
Sự ổn định của nhò tương được coi như là do sự xuất hiện của các
phần tử tác nhân tạo nhò trên bề mặt giọt. Khi các phần tử này hấp
phụ trên bề mặt phân chia pha và đặc biệt khi xét đến hệ nhò tương
dầu/nước thì nguồn gốc của việc tích điện bề mặt xuất phát từ quá
trình ion hoá của nhóm hoà tan trong nước.
Sinh viên : Nguyễn Đình Nhật

Trang10
Líp : Hoá Dầu I-K42
Đồ án tốt nghiệp Phân chia hệ nhò tương dầu
nước Ph©n chia hÖ nhò t¬ng dÇu níc

Ví dô: Một hệ nhò tương dầu/nước được ổn định bằng xà phòng thì
không có lý do để hi vọng rằng phần đầu của nhóm cacboxyl thâm
nhập qua líp bề mặt vào pha nước sẽ được ion hoá. Nhóm cacboxyl
(-COOH) chính là nhóm hình thành lên bề mặt giọt. Các giọt này sẽ
được bao quanh bằng líp điện tích âm .
Sự ổn định của nhò tương bằng các tác nhân bề mặt không sinh ion
hoặc các chất không ion 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 ion 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 một 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 nhò tương được ổn định bằng xà phòng sẽ
tích điện âm như đã cho thấy ở trên. Trường hợp nhò tương được
ổn định bằng tác nhân tạo nhò cation, có thể giải thích là do sự tích
điện dương của giọt. Nói một cách khác, người ta cũng dự đoán
trước được dấu hiệu của việc tích điện nhò tương ổn định bằng cơ
chế kết hợp hấp phụ và ion hoá. Việc này được đơn giản hoá hơn
khi xét khi xét tới tầm quan trọng của thế điện tích Zeta trong nhò
tương.
Theo quy tắc của Coehm, một chất có hằng số điện di cao được tích
điện dương khi tiếp xúc với một chất khác có hằng số điện di thấp

hơn. Bởi vì nước có hằng số điện di cao hơn hầu hết các chất là pha
Sinh viên : Nguyễn Đình Nhật
Trang11
Líp : Hoá Dầu I-K42
Đồ án tốt nghiệp Phân chia hệ nhò tương dầu
nước Ph©n chia hÖ nhò t¬ng dÇu níc

khác của giọt nhò tương. Các giọt nhò tương dầu/nước sẽ có tích
điện âm. Mặt khác, các giọt nước của nhò tương nước/dầu sẽ tích
điện dương . Lưu ý là quy luật của Coeh chỉ được chứng minh về
tính điện di và không được coi như tính chuẩn xác về khả năng tạo
nhò.
Như vậy việc tích điện của các giọt, như các hạt keo kỵ 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.
+ Líp điện kép Helmholtz:
Helmhotz đưa ra khái niệm líp điện kép, về tích điện của các
hạt keo kỵ nước là do kết quả phân phối không đều các ion trên bề
mặt giọt. Nếu ion tích điện gần hạt thì các ion có điện tích đối được
xếp song song với chúng tạo nên líp 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 1.3. Sự phân bố này tương tự như sù tạo thành
hai hình cầu đồng tâm.
+ Líp điện kép khuếch tán Gony:
Xét tới sự cân đối của các ion thì vẫn có sự giả định rằng
phải có các ion định hướng đều đặn để hình thành líp Helmholtz.
Để khắc phục những mặt chưa hiệu quả của thuyết này Gony đã
cho rằng các líp kép được khuyếch tán ra phía ngoài gồm một líp
các ion có mật độ điện tích giảm theo qui luật số mò .

Sinh viên : Nguyễn Đình Nhật
Trang12
Líp : Hoá Dầu I-K42
Đồ án tốt nghiệp Phân chia hệ nhò tương dầu
nước Ph©n chia hÖ nhò t¬ng dÇu níc













x
x
x
(A) (B)
(C)
Hình 1.3
(A) - Líp điện tích Helmhol
(B) - Líp điện tích kép Gouy
(C) - Líp điện tích kép Stern
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 sè k (hình 1.3)
kT
enz
k
ε
π
22
8
=
(I.2.1)
Trong đó: Z là hoá trị của ion tích điện trái dấu với điện tích bề
mặt.
n : sè ion trong 1cm
3
của líp điện tích kép.
e : điện tích nguyên tố
ε: hằng số điện di
k: 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.
Sinh viên : Nguyễn Đình Nhật
Trang13
Líp : Hoá Dầu I-K42
Đồ án tốt nghiệp Phân chia hệ nhò tương dầu
nước Ph©n chia hÖ nhò t¬ng dÇu níc

Như vậy 1/k là đường kính hiệu dụng của hạt và độ dày của líp kép
tỉ lệ với n

1/2
.
+ Líp kép khuếch tán Stern:
Mặc dù khái niệm của Gony có một ý nghĩa nhất định về líp
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 Stern thì líp điện tích kép gồm hai phần:
-Líp thứ 1: có độ dày xấp xỉ bằng một líp ion đơn cố định tại
bề mặt ( Líp Helmholtz ).
-Líp thứ 2 (líp Gony) có khoảng cách mở rộng ra phía pha
ngoài và được khuếch tán. trong pha này, thế năng líp này giảm
dần.
+ Sù điện di:
Nếu mét nhò tương ( hay mét 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 đo 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 nhò tương và giọt keo và người ta quan sát sự
phân tán trung bình của các giọt dưới tác động của điện trường.
Tỷ lệ của chuyển động ở líp biên cân bằng đến giá trị chuyển
động trung bình của các phần tử.
Vận tốc của các phần tử v là một hàm của thế năng E và
Sinh viên : Nguyễn Đình Nhật
Trang14
Líp : Hoá Dầu I-K42
Đồ án tốt nghiệp Phân chia hệ nhò tương dầu

nước Ph©n chia hÖ nhò t¬ng dÇu níc

thường được biểu thị qua các số 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 1 vol trên 1 cm.
+ Thế điện tích Zeta:
Khi giải thích sự kết hợp giữa việc tồn tại của líp kép và các
hiệu ứng điện động khác nhau, tổng đại số điện tích của một giọt và
trong dung dịch bằng không. Trọng tâm điện tích của hệ không bị
dịch chuyển do lực hót điện bắt nguồn từ lực điện động.
Tuy nhiên các lực này có thể tạo ra sù thay đổi vị trí, ví dụ:
hạt tích điện âm, nước tích điện dương các hạt bị hót do các điện
tích dương. Helmholtz đã áp dụng lý thuyết thuỷ động lực học và
điện động học vào giả thuyết này đưa ra quan hệ:
v= ξε E / 4 πη (1.2.2)
Trong đó:
ε: là hằng số điện môi.
η: độ nhít pha phân tán.
ξ: thế điện tích Zeta.
Đây không phải là thế điện tích tại bề mặt mà ở một số điểm
ở líp điện tích kép, tương ứng với giá trị lớn hơn thế điện tại mặt cắt
(H.1.3).
Mặc dù thế điện tích Zeta không thực sự chính xác bằng líp
kép nhưng chúng liên quan với nhau. Xác định thực nghiệm về độ
Sinh viên : Nguyễn Đình Nhật
Trang15
Líp : Hoá Dầu I-K42
ỏn tt nghip Phõn chia h nhũ tng du
nc Phân chia hệ nhũ tơng dầu nớc


ln c o bng vn tc in di. Thuyt ny úng gúp mt phn
quan trng trong vic phỏt trin lý thuyt v nhũ tng.
Smoluchowski ch ra rng phng trỡnh (I.2.2) ch cú giỏ tr
khi vi hin tng in di (electrophoresis) .
Tuy nhiờn, Debye-huckel cho rng phng trỡnh Smoluchowski cú
giỏ tr khi xột n hỡnh dng , hng s thay i theo hỡnh dng
ca ht v i vi git cu phng trỡnh cú dng:
v = E/ 6 (1.2.3)
Vic xem xột ny dựa theo lớp kộp ca Helmholtz, tuy nhiờn
dựa trờn s phõn b theo hm s m ca Gony cú th cho thy s
in di:
)1( kr
r
u
+
=


(1.2.4) (1.2.4)
Trong ú: l in tớch b mt.
: l nhớt pha phõn tỏn.
r: l bỏn kớnh ht. r: là bán kính hạt.
k: k: đa ra t phng trỡnh (I.2.3).
Phng trỡnh ny cho thy in di thay i theo kớch thc hay
hỡnh dng ca git.
3.Cỏc yu t b mt i vi s n nh nhũ tng.
Theo quan im nhit ng thỡ nhũ tng l mt h m pha
phõn tỏn gm nhng git nh kớch thc t 0,1àm n 100àm. S
phõn tỏn ny khụng phi l tuyt i bi vỡ b mt phõn chia pha

ph thuc vo nng lng tự do b mt, khi hai git tip xỳc nhau
cú th kt hp vi nhau lm gim vựng phõn chia pha. Nh vy
vic liờn kt ca cỏc git cú th xem nh mt qỳa trỡnh nhit ng
Sinh viờn : Nguyn ỡnh Nht
Trang16
Lớp : Hoỏ Du I-K42
ỏn tt nghip Phõn chia h nhũ tng du
nc Phân chia hệ nhũ tơng dầu nớc

t phỏt sinh. Quỏ trỡnh ngc li cn phi tiờu tn mt nng lng
vỡ vy nú khụng xy ra mt cỏch t nhiờn. Cỏc dung dch ho tan
trng thỏi phõn tỏn keo, mixen khụng b phõn lớp nh nhũ tng bi
vỡ cỏc thnh trong chỳng khụng to thnh mt h nhit ng m
trong ú xy ra s phõn tỏch.
Nu núi v tớnh khụng bn vng ca nhũ tng thỡ dựa vo
c im phõn bit cú th chia ra cỏc trng hp sau:
- Sự phỏ v nhũ
- Sự to lớp vỏng git
- Sự kt t
Tt c cỏc trng hp ny u cú th xy ra sau khi nhũ tng -
c hỡnh thnh.



















O
0o
o
O
O
O
O
o
o
o
o
o
o
o
o
o
O
o
0
o
o

O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
(A) Phá vỡ nhũ
(B) Tạo lớp váng giọt
(C) Sự kết tụ
Hỡnh 1.4
Sinh viờn : Nguyn ỡnh Nht
Trang17
Lớp : Hoỏ Du I-K42
Đồ án tốt nghiệp Phân chia hệ nhò tương dầu
nước Ph©n chia hÖ nhò t¬ng dÇu níc

Ở hình 1.4 sự phá vỡ nhò là sự kết hợp tù nhiên của các giọt
nhỏ trong nhò tương để tạo thành một hệ gồm hai dung dịch phân
líp. Trường hợp này thường xảy ra khi hình thành một hỗn hợp tạm
bởi bằng cách khuấy, lắc hai dung dịch tinh khiết không tan lẫn
hình 1.3.A. Ví dụ như : nước và benzen.
Sự tạo líp giọt sinh ra khi các giọt phân tán hót nhau nhưng
các giọt vẫn giữ trạng thái phân tách khi chóng va chạm nhau hoặc
chỉ một lượng nhất định các giọt nhỏ liên kết thành giọt lớn (hình
1.3.B). Nếu tập hợp giọt có khối lượng riêng lớn hơn khối lượng
của dung dịch thì chúng sẽ chìm xuống dưới. Sự tạo líp giọt thường

có ở các nhò tương pha loãng nếu các pha không cân bằng về khối
lượng riêng và không có sự phá vỡ bề mặt phân pha của các giọt
hoặc có sự phá vỡ các giọt với số lượng không đáng kể.
Sự kết tụ là các giọt của nhò 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: như sự đông của
sữa bằng nước hoa quả.
Cả hai trường hợp: sự tạo líp 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
nhò.
Để có được mét nhò tương ổn định có lợi và nồng độ của pha
phân tán không đổi thì nhất thiết phải thêm một cấu tử thứ ba làm
chất tham gia để tăng tính ổn định của nhò tương. Tạm thời có thể
chia ra bốn nhóm các chất làm tác nhân tạo nhò.
+ Nhóm thứ nhất:( là các chất Ýt ảnh hưởng nhất):
Sinh viên : Nguyễn Đình Nhật
Trang18
Líp : Hoá Dầu I-K42
Đồ án tốt nghiệp Phân chia hệ nhò tương dầu
nước Ph©n chia hÖ nhò t¬ng dÇu níc

Đây là các chất điện li vô cơ đơn giản. Ví dụ Kali tricyanat
(KCNS). Khi cho thêm vào nước ở vài nồng độ nhỏ cho phép độ ổn
định tạm thời đối với các nhò tương dầu trong nước. Ở đây, sự ổn
định có được do sự hình thành líp điện tích kép trên bề mặt phân
chia pha về phía của nước, kết quả là tạo ra lực ion. Ion CNS tạo
thành một thế điện tích âm trên bề mặt phân chia pha. Như vậy sự
ổn định có được là do lực đẩy của các líp điện tích kép trên bề mặt
giọt dẫn đến làm giảm va chạm của các giọt phân bố. Tuy nhiên các

tác nhân tạo nhò dạng này cho kết quả không cao về thời gian tồn
tại của nhò tương và nồng độ của nhò 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 kị nước (alkyl hoặc các hydôcácbon thơm, flocacbon ) 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 với sự trợ giúp của
các tác nhân này nhò tương tồn tại khá ổn định.
+ Nhóm thứ ba:
Nhóm này giúp nhò tương ổn định tốt hơn, đây là các tác
nhân tạo nhò có phân tử lượng cao. Ví dụ: Protein, keo, tinh bột và
các chất thuỷ phân của nó như dextrin, metyl xenlulo, ligno-
sulphonat Ngoài ra cũng có thể là các polime tổng hợp như :
polyvinyl alcol. Các hợp chất này cũng bám dính ở mặt phân chia
pha dầu/nước. Do tính đa bội của các nhóm kị nước và các nhóm
Sinh viên : Nguyễn Đình Nhật
Trang19
Líp : Hoá Dầu I-K42
Đồ án tốt nghiệp Phân chia hệ nhò tương dầu
nước Ph©n chia hÖ nhò t¬ng dÇu níc

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 nhò 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 hoặc chất lỏng không phân cực đã tạo nên nhò tư-
ơng. Có thể nhìn bằng kính hiển vi thấy được các phần tử hình

thành từ những đơn líp 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.
Mét quan tâm khác khi nghiên cứu tính không ổn định của
nhò tương là khoảng thời gian và điều kiện để khống chế chúng.
Mặc dù việc mô tả tính ổn định của nhò tương chỉ bằng một số Ýt
các trường hợp đại diện cho tất cả các trường hợp không phải là dễ
nhưng nó cũng đưa ra được một tỷ lệ nhất định sự phân chia ở các
dạng khác nhau đối với nhiều nhò tương.
Quá trình phá nhò 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
chuyển động 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.
Sinh viên : Nguyễn Đình Nhật
Trang20
Líp : Hoá Dầu I-K42
Đồ án tốt nghiệp Phân chia hệ nhò tương dầu
nước Ph©n chia hÖ nhò t¬ng dÇu níc

Sự ổn định của nhò tương có thể được ghi nhận khi ta không
thấy sự phá nhò trong vài giê, 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 nhò đã tạo ra một rào chắn phân tử giữa các dung 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 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
ϒ

, do
việc làm tăng thêm chất tan, i, (sao cho làm tăng hoạt tính nhiệt
động a
i
của nó nhờ một lượng da
i
).
-d
ϒ
= Γ
i
RTd ln(a
i
) (I.2.1)
(I.2.1)
Ở đây, Γi là lượng hấp phụ của hợp chất i trên một đơn vị
diện tích, theo quy ước của Gibbs (tức là dùa vào dung môi làm
hợp chất không hấp 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 a
i
≅c
i

- Trường hợp nếu chất có hoạt tính bề mặt là chất phân ly
phân tách thành hai ion và không có một lượng đáng kể chất phân
ly nào khác, thì d(ln ai) = 2d(ln f±c
i
). Ở đây f± là hệ số hoạt hoá ion
trung bình của chất phân ly ở nồng độ thường.
- Trường hợp chất có hoạt tính bề mặt ion nồng độ loãng
Sinh viên : Nguyễn Đình Nhật
Trang21
Líp : Hoá Dầu I-K42
Đồ án tốt nghiệp Phân chia hệ nhò tương dầu
nước Ph©n chia hÖ nhò t¬ng dÇu níc

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(ln ai)
=d(lnf±c
i
). 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- Hukel
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 nhò tương nước/dầu, bởi vì vùng xen giữa
đáng kể của chúng tạo ra phương pháp thuận tiện để xác định sự
hấp phụ bằng cách đo sự sụt giảm nồng độ của chất nhò tương hoá.
Cockbain (1954) đã đo đạc thành công các nồng độ bề mặt cho
Natri dodecyl sulphate ở mặt phân cách nhò tương nước/dầu có thể
áp dụng theo phương trình Gibbs.
Tính co dãn bề mặt xuất hiện do độ không đồng đều của bề măt
hoặc lực căng của măt phân cách. Điều này không thể xảy ra đối

với các chất lỏng nguyên chất, mà chỉ xảy ra với các dung dịch tuỳ
thuộc vào sự hấp phụ. Sự thay đổi của lực căng bề mặt có thể xuất
hiện theo hai cách :
+ Thứ nhất: Nếu bề mặt nguyên chất được tạo ra hoặc bề
mặt hiện có được kéo dãn (như khi bong bóng dãn nở) có xu hướng
cho quá trình hấp phụ đến sự chậm lại sau việc tăng diện tích bề
mặt. Do đó, giá trị trung bình cục bộ của Γi giảm xuống thấp hơn
giá trị cân bằng và lực căng bề mặt tăng lên về phía dung môi
nguyên chất, y
0
.
Sinh viên : Nguyễn Đình Nhật
Trang22
Líp : Hoá Dầu I-K42
Đồ án tốt nghiệp Phân chia hệ nhò tương dầu
nước Ph©n chia hÖ nhò t¬ng dÇu níc

Hiệu quả này được thấy rõ bằng các dung dịch xà phòng rất
loãng bởi phương pháp rung động bằng tia để xác định lực căng bề
mặt, chúng thể hiện đối với 0,001 giây thứ nhất sau khi định dạng
bề mặt mới lực căng của nó thực tế là của nước nguyên chất,
khoảng 0,05 giây lực căng giảm thực tế đến giá trị cân bằng.
Ngược lại, nếu bề mặt bị giảm diện tích, lực căng cục bộ
giảm xuống thấp hơn giá trị cân bằng bởi vì thời gian xác định cần
thiết cho chất hoạt tính bề mặt dễ tan vỡ và khuếch tán. Sự khác
nhau giữa lực căng động và lực căng tĩnh đã được biết đến trong
hiệu ứng Marangoni. Việc xử lý định lượng đã được thử bằng cách
sử dụng phương trình Szyszkowski(1908). Vấn đề này là khó khăn
bởi vì sự phức tạp của chuyển động đối lưu, thế năng cản trở sự hấp
phụ và sự giới hạn không gian để chèn các phân tử vào líp hấp phụ

đã đầy một phần. Về mặt định tính, rõ ràng rằng hiệu ứng này là
lớn nhất với các dung dịch rất loãng của các hợp chất hoạt động bề
mặt cao, bao gồm các chất có hoạt tính bề mặt cao phân tử chẳng
hạn như các protein.
+ Thứ hai: Tính co dãn bề mặt là hiệu ứng Gibbs. Điều này
áp dụng cho màng dãn nở của chất lỏng như trong màng dầu hay
màng chắn chất lỏng giữa hai giọt dầu va chạm nhau. Do sự chậm
lại trong hấp phụ, bề dày màng không thể mỏng đến vô hạn mà
không bị tan trong chất có hoạt tính bề mặt do đó dẫn đến sự tăng
lực căng bề mặt, thậm chí trong điều kiện tĩnh lý tưởng. Kết quả là
lực căng của màng mỏng tăng cùng với sự dãn nở.
Trong các hệ nhò tương, cả hiệu ứng Marangoni lẫn hiệu ứng
Gibbs đều góp phần vào sự ổn định tạm thời của các màng chất
Sinh viên : Nguyễn Đình Nhật
Trang23
Líp : Hoá Dầu I-K42
Đồ án tốt nghiệp Phân chia hệ nhò tương dầu
nước Ph©n chia hÖ nhò t¬ng dÇu níc

lỏng vì ở bất kỳ điểm nào nơi mà các ngoại lực đang có xu hướng
làm mỏng dần các màng phân cách, việc tăng cục bộ của lực căng
bề mặt nảy sinh chống lại sự mỏng đi đó. Gradien của lực căng bề
mặt kéo không chỉ với đơn líp bề mặt mà cả các sức cản bởi các lực
dính của chất lỏng nằm bên dưới. Kết quả là có xu hướng hàn gắn
mọi điểm đứt gãy thế năng. Ngược lại, các vùng dày chịu tác động
của sự giảm lực căng cục bộ và do đó có xu hướng mất chất lỏng
bao quanh chúng. Vì vậy, màng mỏng có độ dày đồng đều nhiều
hay Ýt được tạo ra, và sự rút đều đặn tiếp tục. Màng mỏng trở nên
mỏng đi đến tận khi hoặc các lực đẩy xa bắt đầu đóng vai trò cân
bằng ngược các áp lực ngoài, hoặc nếu màng mỏng là loại chóng bị

phá huỷ thì vùng tới hạn đạt tới sự vỡ màng.
Các chất có hoạt tính bề mặt hỗn hợp:
Nhiều ví dụ đã được công nhận về các hợp phần thứ yếu, các
chất khác có sẵn hay thêm vào, có hiệu ứng lớn trên lực căng bề
mặt của các dung dịch. Chẳng hạn, các axit mạch dài, rượu, v.v
tạo ra các chỗ uốn của muối của paraphin mạch dài không tinh
khiết (VD: lauryl alcohol trong Natri lauryl sulphat). Thực tế, chất
không phân ly ion được tan ra bởi đơn líp ion bởi vì dãy kỵ nước có
thể kết hợp giữa chuỗi của chất có hoạt tính bề mặt gốc đã được
định hướng trong bề mặt.
Vì thế, sự hiện diện của chất có hoạt tính bề mặt chính làm
cho tạp chất hoạt động bề mặt mạnh hơn và mạng lưới thấp của lực
căng bề mặt lớn hơn tổng suy yếu được tạo ra bởi hai dung dịch
riêng rẽ.
Sinh viên : Nguyễn Đình Nhật
Trang24
Líp : Hoá Dầu I-K42
Đồ án tốt nghiệp Phân chia hệ nhò tương dầu
nước Ph©n chia hÖ nhò t¬ng dÇu níc

Thuyết này được thử nghiệm đối với hệ laurate Natri + axit
lauric. Kết quả cho thấy sự hiện diện của các ion laurate làm axit
lauric có hoạt tính bề mặt cao lên rất nhiều, các nồng độ (tính được)
của mỗi chất hoạt động bề mặt là 1÷ 3.10
-3
mol/l cho laurate và
4.8.10
-7
mol/l axit lauric.
Vai trò của tính hấp phụ của mặt phân cách.

Có nhiều ví dụ về các líp hấp phụ ở các mặt phân cách khí/n-
ước và thường có kết hợp với tính co dãn bề mặt cao và do đó co
dãn Marangoni- Gibbs mạnh và dường như là không thể tạo ra khả
năng hấp phụ mà không co dãn.
Quay trở lại các thể nhò tương, có hai lý do khác để giảm khả
năng hấp phụ của mặt phân cách như mét nhân tố ảnh hưởng tới độ
ổn định. Khả năng hấp phụ cao của mặt phân cách hiếm khi bắt gặp
(ngoại trừ các chất cao phân tử).
Ví dụ: các bột giặt tạo ra khả năng hấp phụ bề mặt mạnh ở
mặt phân pha khí/ nước, tạo ra tính dính mặt phân cách không đáng
kể ở mặt phân cách dầu /nước.
Lý do ảnh hưởng của chất hoạt động bề măt đến khả năng
hấp phụ của mặt phân cách là líp hấp phụ được giữ cố định trên bề
mặt; các giọt nhá nhỏ đến nỗi mà mọi ứng xuất tiếp tuyến chung
mà các giọt này đều có thể ảnh hưởng ngay lập tức tới chúng chịu
tác động ngược bởi các gradien lực căng bề mặt
Kết luận:
Khi các giọt thể nhò tương tiến gần đến nhau dưới tác động
của các lực hấp dẫn lẫn nhau, chuyển động Brow, hoặc thông qua
tác động của các lực thuỷ động học, sự phá vỡ của màng chất lỏng
Sinh viên : Nguyễn Đình Nhật
Trang25
Líp : Hoá Dầu I-K42

×