Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tẩy rửa cặn dầu trong thực tế

Luận văn thạc sỹ

LờI CảM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS. TS. Đinh Thị Ngọ - ngời đã
tận tình hớng dẫn cho em về phơng pháp nghiên cứu và nội dung khoa học, điều
đó có ý nghĩa quyết định đến sự thành công của bản luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, các cán bộ của Trung tâm
giáo dục và phát triển sắc kí - Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội đã quan tâm tạo
điều kiện thuận lợi để em hoàn thành nhiệm vụ.
Cuối cùng, em xin cảm ơn bạn bè, gia đình đã giúp đỡ, động viên tạo
điều kiện cho em hoàn thành khoá học này.
Học viên thực hiện

Nguyễn trung sơn
Nguyễn Trung Sơn
1
Luận văn thạc sỹ

lời mở đầu
Ngày nay, dầu khí đợc coi nh nguồn năng lợng quan trọng nhất trong cán
cân năng lợng trên thế giới. Chính vì vậy, công nghiệp dầu khí là một ngành
công nghiệp lớn mà sự phát triển của nó có ảnh hởng quyết định đến sự phát
triển chung của nền kinh tế từng quốc gia cũng nh nền kinh tế thế giới.
Một vài năm gần đây, nhu cầu sử dụng năng lợng của thế giới tăng trởng
mạnh mẽ, do đó yêu cầu sử dụng một lợng dầu khí ngày càng lớn. Đi kèm với
vấn đề trên là sự gia tăng nhanh chóng về lợng cặn dầu tạo ra trong quá trình
khai thác, chế biến, vận chuyển và tồn chứa dầu mỏ cũng nh các sản phẩm của
nó.
Các nghiên cứu đã cho thấy bản chất của cặn dầu là sự kết hợp giữa tạp
chất cơ học, nớc, gỉ kim loại với các nhóm chất dầu, nhựa, asphanten của dầu
thô và sản phẩm dầu mỏ [2].

Trong suốt quá trình hình thành và tồn tại, cặn bẩn dầu luôn luôn liên kết
chặt chẽ với bề mặt nhám kim loại của các thiết bị chứa đựng, vận chuyển và rất
khó tẩy rửa [3].
Sự tạo thành cặn dầu trong các thiết bị tồn chứa, vận chuyển không chỉ
làm giảm chất lợng, mà còn thúc đẩy nhanh quá trình biến chất của dầu mỏ và
các sản phẩm của nó. Do đó gây ra tổn thất không nhỏ về kinh tế và làm suy
giảm đáng kể tính năng sử dụng của các sản phẩm dầu mỏ.
Chính vì vậy việc tẩy rửa, vệ sinh các thiết bị khỏi sự tấn công của cặn
dầu phải đợc tiến hành định kì tại các cơ sở khai thác, kinh doanh dầu mỏ. Tuy
nhiên việc tách cặn dầu ra khỏi bề mặt kim loại của thiết bị là một việc không
dễ và hiện nay vẫn thờng đợc tiến hành một cách thủ công với hiệu quả rất thấp.
Trớc tình hình nh vậy, trong bối cảnh bảo vệ môi trờng đang và sẽ ngày
càng đợc coi trọng, làm sao có đợc một phơng pháp mới để loại bỏ các cặn dầu
Nguyễn Trung Sơn
2
Luận văn thạc sỹ

đó ra khỏi bề mặt bám dính cho phù hợp, hiệu quả, tiết kiệm đợc thời gian, nhân
công mà vẫn an toàn đối với ngời lao động và không gây hại cho môi trờng
xung quanh, xử lý chất thải sau quá trình tẩy là một việc làm mang tính thời sự
cao.
Xuất phát từ mục đích yêu cầu trên, công trình này nhằm chế tạo chất tẩy
rửa cặn dầu trên cơ sở các loại dầu thực vật và khảo sát các yếu tố ảnh hởng đến
quá trình tẩy rửa cặn dầu trong thực tế.
Các điểm mới của bản luận văn mang đến là:
- Lần đầu tiên chế tạo thành công chất tẩy rửa từ các loại dầu thực vật
khác nhau, sẵn có tại Việt Nam.
- Khảo sát đợc các yếu tố ảnh hởng đến quá trình tẩy rửa, để tìm ra phơng
pháp tẩy rửa tối u.
- Thiết lập đợc quy trình công nghệ tẩy rửa các loại thiết bị và phơng tiện

vận chuyển.
Ngành dầu khí là một trong những ngành kinh tế quan trọng của Việt
Nam, do đó cần phải đi đầu trong lĩnh vực bảo vệ môi trờng và xử lý chất thải,
việc tìm và đa vào ứng dụng các loại chất tẩy rửa thân thiện với môi trờng là
một nhu cầu bức thiết không chỉ riêng với từng tổng kho, xí nghiệp, công ty mà
còn là nhu cầu chung của toàn ngành xăng dầu, toàn xã hội.
Nguyễn Trung Sơn
3
Luận văn thạc sỹ

Chơng 1. Tổng quan lý thuyết
1.1 Thành phần chính của các chất tẩy rửa thông thờng
Chất tẩy rửa dùng trong sinh hoạt và trong công nghiệp có thành phần rất
phức tạp, có thể bao gồm những nhóm chính sau:
- Chất hoạt động bề mặt.
- Chất xây dựng.
- Chất phụ gia.
Mỗi thành phần đơn lẻ trong chất tẩy rửa đều có những chức năng đặc
biệt trong quá trình tẩy rửa, tuy nhiên chúng vẫn có ảnh hởng qua lại lẫn nhau.
Ngoài thành phần chính nêu trên, tuỳ thuộc vào quá trình sử dụng mà ta có thể
thêm vào các chất phụ gia hoặc bớt những thành phần không cần thiết
[6,8,18,22].
1.1.1 Chất hoạt động bề mặt (HĐBM)
Chất HĐBM giữ vai trò quan trọng nhất trong thành phần chất tẩy rửa.
Nhiệm vụ của nó là đảm bảo sự tẩy đi các vết bẩn và các chất lơ lửng trong n ớc
giặt để ngăn cản sự bám lại của chúng trên bề mặt [ 7].
Một phân tử chất HĐBM gồm hai đầu: một đầu kị n ớc (không tan trong
n ớc) và một đầu a n ớc (tan trong n ớc). Các phân tử này có tác động lớn vào góc
giao diện không khí / n ớc hoặc dầu/ n ớc. Ng ời ta gọi chúng là những tác nhân
bề mặt hay đơn giản là chất HĐBM. Có bốn loại chất hoạt động bề mặt:

- Các anion.
- Các chất không ion.
- Các cationic.
Nguyễn Trung Sơn
4
Luận văn thạc sỹ

- Các chất lỡng tính.
* Chất HĐBM anion: Nếu nhóm hữu cực đợc liên kết bằng hoá trị cộng
với phần kị nớc của chất HĐBM mang điện tích âm (-COO
-
,


3
SO
,


4
SO
), thì
chất HĐBM đợc gọi là anionic.
* Chất HĐBM cationic: Ngợc lại, nếu nhóm hữu cực mang điện tích d-
ơng (
+

321
RRNR
), sản phẩm đợc gọi là cationic.

* Chất HĐBM không ion (NI): Các chất HĐBM NI có những nhóm hữu
cực NI hoá trong dung dịch nớc. Phần kỵ nớc gồm dây chất béo. Phần a nớc
chứa những nguyên tử ôxi, nitơ hoặc lu huỳnh không ion hoá, sự hoà tan là do
cấu tạo những liên kết hydro giữa các phân tử và một số chức năng của phần a
nớc, chẳng hạn nh chức năng ete của nhóm polyoxietylen (hiện tợng hydrat).
Trong loại này ngời ta thấy chủ yếu là các dẫn xuất của polyoxyetylen hoặc
polyoxypropylen, nhng cũng cần phải thêm vào đây các este của đờng, các
ankanolamin.
* Các chất lỡng tính: Là những hợp chất có một phần tử tạo nên một ion
lỡmg cực. Axit xetylamino-axetic, chẳng hạn trong môi trờng nớc có hai thể nh
sau:
COOHCHHNHC

+
223316
chất cation trong môi trờng axit


COOCHNHHC
23316
chất anionic trong môi trờng kiềm.
Trong tất cả phân tử ấy, phần kỵ nớc gồm một dây alkyl hay dây béo.
Chúng đợc biểu thị bằng:
Nguyễn Trung Sơn
5
Luận văn thạc sỹ

CH
3
- CH

2
- CH
2
- CH
2
--- hoặc hoặc R
Bốn loại chất HĐBM có ký hiệu sau đây:
Anionic Cationic
NI (không phân ly) Lỡng tính
Sự lựa chọn những chất hoạt động bề mặt có thể khác nhau, song một
chất HĐBM trong thành phần chất tẩy rửa cần phải có những đặc tính sau:
- Hấp thụ chọn lọc.
- Tách đợc các tạp chất.
- Độ nhạy cảm với nớc cứng thấp.
- Có tính chất phân bố.
- Có khả chống chất bẩn tái bám trở lại.
- Tính thấm ớt tốt.
- Tính hoà tan cao.
- Có đặc tính tạo bọt mong muốn.
- Mùi thích hợp.
- Bảo quản đợc lâu.
- Không độc hại với ngời sử dụng.
- Không làm ảnh hởng tới môi trờng.
- Nguyên liệu dễ kiếm.
- Tính kinh tế.
Nguyễn Trung Sơn
6
Luận văn thạc sỹ

Những khuynh hớng mới: hiện nay có nhiều nhà chế tạo sử dụng những

chất hoạt động bề mặt mới có lợi hơn đối với môi trờng đó là khả năng phân
huỷ sinh học cao nh :
- Những axit béo có gốc sunphat thực vật.
- Những alkyl poly glucosit: APG
- Các alkyl glucosamit.
- Các metyl este sunfonat.
- Các rợu béo etoxy hoá với sự phân bố hẹp của oxyetylen.
Đối với một chất hoạt động bề mặt NI thờng có trung bình 7 phân tử
oxytetylen, con số này có thể thay đổi từ 1-15. Với sự phân bố hẹp, số lợng các
phân tử ở vào khoảng giữa 3 và 12. Loại chất HĐBM NI này rất công hiệu, nh-
ng giá thành tơng đối cao vì quá trình chế biến nó phức tạp.
Tỷ lệ của chất hoạt động bề mặt : Rất khó có thể đa ra một qui tắc tổng
quát về tỷ lệ chất HĐBM trong chất tẩy rửa. Bởi do nhiều yếu tố ảnh hởng đến
việc xác định tỷ lệ của chúng nh :
- Tỷ trọng của sản phẩm.
- Loại chất xây dựng.
- Tính chất của chất xây dựng.
1.1.2 Chất xây dựng
Các chất xây dựng đóng một vai trò trung tâm trong suốt quá trình tẩy
rửa. Nhiệm vụ của chúng là làm tăng hoạt tính tẩy rửa và loại bỏ ảnh hởng của
các ion Ca
2+
,Mg
2+
có trong nớc và đôi khi có trong thành phần chất bẩn và bề
mặt nhiễm bẩn.
Các chất xây dựng hiện đại bao gồm những tính năng sau:
Nguyễn Trung Sơn
7
Luận văn thạc sỹ

- Loại bỏ ảnh h ởng của những kim loại kiềm thô trong n ớc, bề mặt,
chất bẩn.
- Tính năng tẩy rửa tốt chất màu, chất béo, thích hợp với các chất béo
khác nhau, cải thiện tính chất của chất HĐBM, có đặc tính tạo bọt
mong muốn.
- Có khả năng chống tái bám chất bẩn trở lại cao, ngăn cản ăn mòn bề
mặt nhiễm bẩn.
- Tính th ơng mại : ổn định hoá học, không hút ẩm, màu và mùi tối u,
phù hợp thành phần khác nhau trong chất tẩy rửa, nguyên liệu dễ
kiếm.
- Không độc hại với ng ời sử dụng.
- Về mặt môi tr ờng : phân huỷ sinh học tốt, không ô nhiễm n ớc,không
gây hại cho sinh vật.
- Có tính kinh tế.
1.1.2.1 Các chất phức
Trong dung dịch chất tẩy rửa có nhiều anion có thể kết hợp với canxi
trong nớc để tạo thành những muối không hoà tan (kết tủa). Các phức hợp có
đặc tính riêng do chúng có khả năng hoà tan các chất kết tủa ấy và sau đó tạo
thành các phức hợp tan trong n ớc . Do vậy có phản ứng cạnh tranh giữa các
anion phức hợp và các anion kết tủa với canxi. Trong dung dịch chất tẩy rửa,
các anion kết tủa là cacbonat, alkylbenzen sunfonat và xà phòng, trong lúc đó
các anion phức hợp thờng là TPP, pyrôphosphat, EDTA...
* Các photphat: Các polyphosphat là những tác nhân phức hoá. Một tác
nhân phức hoá là một thuốc thử hoá học tạo với ion kim loại thành những hợp
chất hoà tan trong nớc. Thuật ngữ phức hoá, chelat hoá đợc dùng để mô tả phản
Nguyễn Trung Sơn
8
Luận văn thạc sỹ

ứng ấy. Dới đây là công thức của một số phosphat chính có mặt trong thành
phần chất tẩy rửa:

Orthophosphat Dysphosphat Triphosphat
(Pyrophosphat) Tripolyphosphat(TPP)

* Phức hợp của các phosphat: Phức hợp là sản phẩm sinh ra trong một
phản ứng hoá học, trong đó tác nhân hợp tạo với ion kim loại trong dung dịch
những phức hợp tan trong nớc. Cấu trúc hoá học của các phức với canxi:
- Với Pyrophosphat công thức sau đây:
- Với Tripolyphosphat có hai khả năng:
Nguyễn Trung Sơn
9
o p
o
o
o p o
o
o
Ca
o p
o
o
o p o
o
o
p o
o
o
o p

o
o
o p o
o
o
p o
o
o
Ca
Ca
o p o
o
o
o p
o
o
o p o
o
o
o p
o
o
o p o
o
o
p o
o
o
Luận văn thạc sỹ

* Các tác nhân phức hợp khác:
- NTA ( Nitrilo- Tri-Axetic) có công thức sau:
- EDTA( Etylen Diamin Tetra-Axetat)
- Axit Citric và axit Tartic
- EDTMP( Axit Etylen Diamin Tetra Metylen Photphoric)

* Những tác nhân phức hợp mới:
Việc tìm những loại tác nhân phức hợp mới này phải phù hợp với các
điều kiện sau:
Nguyễn Trung Sơn
10
N
ch
2
Cooh
ch
2
Cooh
ch
2
Cooh
N
ch
2
Cooh
ch
2
Cooh
N
hoocch

2
hoocch
2
ch
2
ch
2
ch
2
Cooh
c
ch
2
Cooh
HO ch
2
Cooh
Cooh
ch
hooc
ch
oh
oh
N
ch
2
-po
3
h
2

ch
2
-po
3
h
2
N
h
2
o
3
p-ch
2
h
2
o
3
p-ch
2
ch
2
ch
2
Luận văn thạc sỹ

- Phải phân giải sinh học tốt.
- Có hiệu lực cao (cần phải ngang với hiệu lực của EDTA).
- Giá thành hợp lý.
Hiện nay một trong những sản phẩm chứa phần lớn các điều kiện ấy là
MGDA (metyl glycine diaxetic acid). Phân tử MGDA có thể phân huỷ sinh học

tốt, do đó làm giảm khả năng gây ô nhiễm môi trờng.
1.1.2.2 Các chất trao đổi ion
Vì vấn đề môi trờng mà những năm gần đây, ngời ta sử dụng chất trao
đổi ion trong nhiều sản phẩm chất tẩy rửa. Bởi vì những nguyên liệu mới không
tan là những silicon aluminat natri (các zeolit). Zeolit vô định hình tạo đợc do
phản ứng của silicat Natri với aluminat Natri, sau đó xử lý nhiệt để đạt đợc công
dụng mong muốn. Khả năng trao đổi các ion Na
+
có công thức tùy thuộc vào
kích cỡ các ion và tình trạng hydrat hoá, cũng nh nồng độ, nhiệt độ, pH và thời
gian. Nh vậy các ion canxi đợc trao đổi rất nhanh và các ion magie chậm hơn
(sự trao đổi cũng xảy ra với các ion : Pb, Cu, Ag, Hg, Zn).
Công thức của Zeolit A là: Na
12
(AlO
2
)
12
(SiO
2
).27H
2
O
Gần đây những Zeolit với phẩm chất mới đã xuất hiện. Đặc biệt đợc nêu
lên ở đây là Zeolit MAP mà tốc độ trao đổi ion canxi nhanh hơn tốc độ Zeolit
4A nhờ hình dạng tinh thể của nó là hình phẳng. Hơn nữa, Zeolít này giúp tạo
đợc sự ổn định về các tác nhân làm trắng trong chất tẩy rửa. Sau cùng, chất lợng
mới này lại giúp hấp phụ nhiều hơn một lợng lớn các thành phần lỏng (chất
HĐBM) so với zeolit A. Điều trở ngại chính của các chất nhựa trao đổi ion là ở
Nguyễn Trung Sơn

11
o si o
oal
oal
al o
sio
sio
si
oal
oal
o al o
sio
sio
Na
+
Luận văn thạc sỹ

chỗ chúng không có khả năng xử lý các ion canxi trong nớc, nhng trái ngợc
với các tác nhân phù hợp, chúng có khả năng gỡ ra các ion bám trên bề mặt
nhiễm bẩn, ở những vết bẩn.
1.1.2.3 Những tác nhân kiềm
Cacbonat Natri đợc dùng thờng xuyên trong thành phần chất tẩy rửa, đặc
biệt trong lĩnh vực giặt giũ quần áo, vì nó có dự trữ kiềm, nó có khả năng đệm
và cũng có vai trò chống canxi trong những điều kiện khó khăn bằng cách làm
kết tủa CaCO
3
. Tuy nhiên, cacbonat natri chỉ là nguyên liệu phụ và không thể
thay thế tác nhân làm mềm nớc khác.
1.1.3 Tác nhân phụ trợ
Ngoài chất hoạt động bề mặt, chất xây dựng là những thành phần quan

trọng trong chất tẩy rửa, còn phải kể đến một số tác nhân phụ trợ thêm vào để
làm tăng khả năng làm sạch của chất tẩy rửa.
1.1.3.1 Tác nhân chống tái bám
Đặc tính mong muốn của một chất tẩy rửa là nó tẩy đợc các chất bẩn
bám trên bề mặt nhiễm bẩn và không cho chất bẩn bám trở lại bề mặt đó.
Chống lại sự tái bám có thể thực hiện bằng cách lựa chọn rất nhiều các
cấu tử trong chất tẩy rửa (chất HĐBM và chất xây dựng). Tuy nhiên cũng có thể
sử dụng tác nhân chống kết tủa đặc biệt. Hoạt động của những tác nhân này là
nó chống lại hiện tợng hấp phụ thuận nghịch. Trên các chất kết tủa, chúng kiểm
soát sự kết tinh và ngăn không cho chúng lớn tới một cỡ nhất định để tránh sự
tái bám của chúng vào vải vóc. Trên các vết bẩn dạng hạt, chúng gia tăng điện
tích âm trong nớc giặt, tạo một lực đẩy lớn giữa các hạt, qua đó tránh đợc sự ng-
ng kết dẫn đến sự tái bám trên vải vóc.
Tác nhân chống tái bám đợc sử dụng từ lâu đó là cacboxy-metyl
cellulose (CMC). Gần đây, các dẫn xuất của tinh bột cacboxyl-metyl cũng đóng
Nguyễn Trung Sơn
12
Luận văn thạc sỹ

vai trò tơng tự. Tuy nhiên, những hợp chất này chỉ tác dụng hiệu quả đối với vải
là cotton. Điều này dẫn đến cần thiết phải sử dụng những chất chống tạo kết tủa
loại mới. Một vài loại chất hoạt động bề mặt đã đợc tìm ra rất thích hợp, đó là
các chất không ion cellulose ete có công thức sau:
Trong đó:
R = CH
3
-; CH
3
- CH
2

-; - CH
2
- CH
2
- OH; - CH
2
- CHOH-CH
3
;
- CH
2
- CH
2
- CHOH-CH
3.
1.1.3.2 Tác nhân tăng và chống bọt
Bọt là một nhũ tơng của hai pha không hoà trộn (chẳng hạn pha nớc và
pha khí) tồn tại nh một nhũ tơng dầu nớc. Bọt có thể có những u và nhợc điểm
sau :
Ưu điểm: Nó biểu hiện hiệu quả của sản phẩm và nó có thể có một cảm
giác thoải mái.
Nhợc điểm: Bọt có thể tràn ra trong các nguồn nớc gây ô nhiễm, mất mỹ
quan.
* Tác nhân làm tăng bọt
Ngời ta có thể cải tiến đặc tính tạo bọt của sản phẩm tuỳ theo nhu cầu
của ngời tiêu dùng, có hai khả năng:
- Sự lựa chọn các chất HĐBM tạo bọt hay không tạo bọt.
Một chất HĐBM hay một hỗn hợp chất HĐBM có thể làm thành một hệ
chống tạo bọt. Mặt khác sự thêm một chất phụ gia có thể tạo một lợng lớn bọt
Nguyễn Trung Sơn

13
o
o
ch
2
or
h
o
h
h
or
or
o
h
h
h
h
ch
2
or
or
h
h
h
o
h
or
h
or
Luận văn thạc sỹ

với chất hoạt động ít bọt. Ngợc lại, một chất HĐBM với khả năng tạo bọt cao có
thể bị cải biến thành một hệ thống không tạo bọt qua việc sử dụng một chất
chống tạo bọt. Thông thờng số lợng bọt tăng với nồng độ đạt tối đa xung quanh
nồng độ micell tới hạn (CMC). Tất cả các yếu tố có khả năng cải biên CMC, có
thể làm tăng hoặc giảm khả năng tạo bọt của một chất hoạt động bề mặt. Các
yếu tố đó là:
+ Nhiệt độ.
+ Sự có mặt của một chất điện giải.
+ Cấu trúc của phân tử chất hoạt động bề mặt.
- Sử dụng các phụ gia làm tăng bọt.
Có nhiều phụ gia làm tăng các đặc tính micell hoá của các chất HĐBM
và nh vậy làm biến đổi sự ổn định và khả năng tạo bọt của sản phẩm.
Theo Schick và Fowkes việc thêm vào một số chất hữu cơ đối cực có thể
làm giảm CMC của chất hoạt động bề mặt. Việc sử dụng một chất có một dây
cacbon thẳng, có cùng chiều dài giống nh chiều dài của chất hoạt động bề mặt
là phơng thức hiệu nghiệm để làm ổn định bọt của một chất hoạt động bề mặt.
Các chất làm tăng bọt sau đây đợc xếp theo thứ tự hiệu lực tăng dần:
Ete glyxerol < Ete sulfonyl < Amit < Amit N thay thế.
* Các tác nhân chống tạo bọt:
Các tác nhân chống tạo bọt làm giảm hoặc loại trừ bọt của sản phẩm.
Chúng có tác động ngăn cản sự tạo bọt hoặc bằng cách làm tăng tốc độ phân
huỷ của bọt. Trong trờng hợp thứ nhất, đó là các ion vô cơ nh canxi, có ảnh h-
ởng đến sự ổn định tĩnh điện hoặc làm giảm nồng độ các anion (bằng kết tủa).
Còn trờng hợp thứ hai là những hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ sẽ đến thay thế các
phân tử các chất HĐBM của màng bọt, nh vậy làm cho bọt ít ổn định hơn.
Những hạt keo không a nớc (đất sét, silic..) có thể đợc sử dụng nh chất chống
Nguyễn Trung Sơn
14
Luận văn thạc sỹ

bọt và trở nên không đồng nhất. Phần màng tiếp xúc với các hạt kỵ nớc trở nên
mỏng dần và sau cùng tạo thành một lỗ ở đó và bọt bị phá vỡ.
Ngời ta cũng sử dụng các chất hữu cơ chống tạo bọt nh Stearyl phosphat,
dầu và sáp, các silicon. Các hợp chất hữu cơ này hoạt động theo cơ chế trải
rộng. Các phân tử của chúng di chuyển về phía bề mặt. Nh vậy, một bề mặt có
bọt đợc thay thế bởi một bề mặt ít bọt hơn.
1.2 Thành phần chất tẩy rửa cặn dầu
Ngành công nghiệp dầu khí phát triển ngày càng mạnh mẽ thì lợng cặn
dầu sinh ra ngày càng nhiều. Việc tẩy rửa cặn dầu mà vẫn an toàn với môi trờng
là một vấn đề cấp thiết. Do vậy, chất tẩy rửa này phải có tính năng độc đáo nh :
thành phần của nó có nguồn gốc thực vật, dễ phân huỷ sinh học trong điều kiện
tự nhiên, có thể thải vào nguồn n ớc mặt và các hệ thống công cộng, không ăn
mòn kim loại, chỉ tẩy dầu mỡ mà không ảnh h ởng tới các lớp sơn, nhựa cao su.
Những tính năng đó là tiêu chí hàng đầu cho các loại tẩy rửa hiện nay [20] .
Thành phần chất tẩy rửa đ ợc thiết kế đặc biệt có thể phá vỡ các cấu tử
dầu, mỡ bao gồm:
- Tinh dầu thông.
- Chất hoạt động bề mặt anion hoặc không ion.
- Axit dicacboxylic.
1.2.1 Tinh dầu thông
Tinh dầu thông là một chất lỏng không mầu có mùi đặc trng, vị cay, không tan
trong nớc, tan trong benzen theo bất kỳ tỷ lệ nào.
Dầu thông là một hỗn hợp phức tạp nhiều cấu tử, thành phần chủ yếu là
terpen hydrocacbonat, có công thức chung (C
5
H
8
)
n

(với n =2,3,....) và các
sesquiterpen, cụ thể là: - pinen và - pinen từ 65- 70%, 3- caren từ 10 18%,
Nguyễn Trung Sơn
15
Luận văn thạc sỹ

camfen từ 2-3%, limonen 4- 60%... Tinh dầu thông đợc sử dụng rộng rãi trong
công nghiệp, y tế và đời sống... Nó đợc sử dụng để làm dung môi, làm nguyên
liệu để điều chế Camphor tổng hợp,Tecpinhydrat, các Tecpinneol thuốc trừ sâu,
các chất thơm và một số chất khác ...
ở nớc ta, thông mọc ở nhiều nơi, tập trung nhất ở Quảng Ninh, Nghệ
Tĩnh, Phú Khánh và Lâm Đồng, với hàng nghìn hecta rừng thông cho ta sản l-
ợng dầu thông tơng đối lớn. Từ nhựa thông, ta chế biến thu đợc khoảng 20%
tinh dầu thông, sử dụng làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp và xuất khẩu.
Bảng 1.1 cho biết tính chất vật lý của các cấu tử chính trong tinh dầu thông [9,
10, 11].
Bảng 1.1: Tính chất vật lý của các cấu tử chính trong tinh dầu thông
TT Cấu tử CTPT KLPT
T
sôi
ở áp suất,
o
C


20
kg/ m
3
0
mmHg

40
mmHg
760
mmHg
1
-pinen
C
10
H
16
136,23 51,4 66,8 155 1,7 857,8
2
-pinen
C
10
H
16
136,23 58,1 71,5 162 4,4 871,2
3
3-Caren
C
10
H
16
136,23 170 861,5
4 Dipenten C
10
H
16
136,23 68,2 84,3 175 842,0

5 Limonen C
10
H
16
136,23 175 842,2
6 Silrestren C
10
H
16
136,23 176 848,0
7
-felandren
C
10
H
16
136,23 72,1 87,8 173 848,0
8
Terpinen
C
10
H
16
136,23 173 835,0
9
Terpinolen
Sesquitecpen
C
10
H

16
C
15
H
24
136,23
204
184 862,3
Kết quả so sánh thành phần hoá học chủ yếu của tinh dầu thông ở các
vùng nhựa thông lớn trên thế giới và ở nớc ta đợc nêu trong bảng 1.2.
Bảng 1.2: Thành phần hoá học tinh dầu thông Việt Nam và các nớc (%)
Cấu tử Mỹ Pháp
ấn
Độ
Liên
Xô
Bồ Đào
Nha
Thụy
Điển
Nhật
Uông
Bí
Hoàng
Mai
-pinen
65-75 60 20-30 75 80 80 85 65,2 61
Nguyễn Trung Sơn
16
Luận văn thạc sỹ

-pinen
23-30 25-30 5-10 15-17 5 10 7,5 7,5
3-Caren
55-60 15 5 2,8 2,8
Terpen khác 5 5-10 5-10 10 3-5 15
Bảng 1.2 cho ta thấy, xét về thành phần -pinen, tinh dầu thông Việt
Nam thuộc loại giầu -pinen so với tinh dầu thông của các nớc khác.
* Giới thiệu về Pinen.
Pinen (đặc biệt là -pinen) là cấu tử chính và cũng là chỉ tiêu để đánh giá
chất lợng tinh dầu thông. Pinen là chất lỏng sánh, không màu, để lâu chuyển
sang màu hơi vàng, tan trong nớc, tan nhiều trong rợu êtylic, axit axetic,
toluen...


C
10
H
16
(-pinen) C
10
H
16
(-pinen)
Hình 1.1. Cấu tạo của phân tử

-pinen và

-pinen
Nguyễn Trung Sơn

Bảng 1.3: Tính chất của

-pinen và

-pinen
Pinen
Công
thức
Phân tử
lợng
T
O
C sôi ở áp suất
20
mmHg
760
mmHg
-pinen
C
10
H
16
136,24 51,4 155,0 -57,0 1,7 0,8578 1,465-1,467 50,6
-pinen
C
10
H
16
136,24 58,1 158,0 -50,0 4,4 0,8712 1,477-1,479 22,7
17

hc
2
hc
c
h
ch
2
c
ch
3
ch
c
3
hc
ch
3
hc
2
hc
c
h
ch
2
c
ch
2
ch
2
c
3

hc
ch
3
Luận văn thạc sỹ

Hai đồng phân này chỉ khác nhau về vị trí nối đôi (nối đôi 2-3 ở -
pinen và 2-8 -pinen). Pinen có phản ứng với hầu hết các tác nhân hoá học do
trong phân tử tồn tại nối đôi.
1.2.2 Axit dicacboxylic
Axit dicacboxylic đợc miêu tả bằng công thức tổng quát nh sau: HOOC-
(CH
2
)
n
- COOH.
Các axit này là nguyên liệu đầu quan trọng trong công nghiệp sản xuất
polyamide hay diester và polyester. Các ester đợc sản xuất bằng phản ứng giữa
axit dicacboxylic với rợu đơn chức tạo thành các chất dẻo hay dầu nhờn. Bên
cạnh đó, axit dicacboxylic nh là chất trung gian trong rất nhiều các phản ứng
tổng hợp hữu cơ [12].
1.2.2.1 Axit Oleic
Công thức phân tử : CH
3
-(CH
2
)
7
-CH=CH-(CH
2
)

7
-COOH.
Axit Oleic là chất lỏng không màu, không mùi, không vị, điểm nóng
chảy của nó là 14
o
C. Axit Oleic có cấu tạo cis, đồng phân trans của nó là axit
Elaidic, nóng chảy ở 51
O
C. Dới tác dụng của axit Nitơrơ, axit Oleic bị đồng
phân hoá thành axit Elaidic:
Nguyễn Trung Sơn
18
Luận văn thạc sỹ

CH-(CH
2
)
7
-CH
3
CH-(CH
2
)
7
-CH
3
HNO
2

CH-(CH

2
)
7
- COOH HOOC-(CH
2
)
7
-CH
Khi khử hoá nối đôi etylen của axit Oleic bằng cách hydro hoá có mặt
các chất xúc tác, sẽ cho axit Stearic.
Muối kiềm của axit Oleic dễ tan hơn muối kiềm của axit no khác. Vì vậy
xà phòng Oleat đợc sử dụng để giặt len, dạ. Muối chì Oleat đợc sử dụng trong y
học.
Khi đun nóng với kiềm, thờng xảy ra sự chuyển hoá nối đôi thành axit
Palmitic:
CH
3
-(CH
2
)
7
-CH=CH-(CH
2
)
7
-COOH CH
3
-(CH
2
)

14
-CH=CH-COOH
Một số tính chất của axit Oleic đợc đa ra ở bảng sau:
Bảng 1.4: Một số tính chất vật lí của axit Oleic
Tên thông thờng Cis-9-octadecenoic
Công thức phân tử C
18
H
34
O
2
Công thức cấu tạo CH
3
-(CH
2
)
7
-CH=CH-(CH
2
)
7
-COOH
Khối lợng phân tử 282,47
Chỉ số trung hoà 199
Chỉ số iod 90
Nhiệt độ nóng chảy (
o
C) 14
Nhiệt độ sôi (
O

C ở 100 mmHg) 286
Chỉ số khúc xạ n
D
. 1,4582
Nguyễn Trung Sơn
19
t
o
Luận văn thạc sỹ

1.2.2.2 Axit succinic
* Tính chất vật lí
Là tinh thể không màu, không mùi ở nhiệt độ phòng. Các axit
dicacboxylic có ít cacbon trong mạch có tính axít mạnh hơn so với các mono
axit cacboxylic có cùng nguyên tử cacbon tơng ứng. Hằng số phân ly thứ nhất
thờng lớn hơn rất nhiều hằng số phân ly thứ hai. Tỷ trọng và hằng số phân ly
giảm đều ứng với sự tăng chiều dài mạch. Ngợc lại, nhiệt độ nóng chảy và độ
hoà tan trong nớc có sự luôn phiên: các dicacboxylic axit với số cacbon chẵn có
nhiệt độ nóng chảy cao hơn so với các axit có số cacbon lẻ kế tiếp. Khả năng
hoà tan của axit thay đổi có thể tận dụng để tách hỗn hợp các axit. Phần lớn các
axit dicacboxylic hoà tan dễ dàng trong rợu thấp ở nhiệt độ phòng, các axit
dicacboxylic thấp hơn gần nh không hoà tan trong benzen và các dung môi
thơm khác.
* Tính chất hoá học
+ Tính axit.
- Axit phân li ở hai mức, hằng số phân ly ở nấc thứ nhất lớn hơn hằng số
phân ly ở nấc thứ hai. Hằng số phân ly K
1
lớn hơn của axit mono tơng
ứng do ảnh hởng tơng hỗ của nhóm cacboxyl.

- Phản ứng decacboxyl hoá:
Khi đun nóng dễ tách CO
2
và tạo thành axít mono cacboxylic.
HOOC-(CH
2
)
2
- COOH CH
3
-CH
2
- COOH + CO
2
- Tách nớc tạo anhydrit nội phân tử:
Đối với axit succinic khi đun nóng thờng mất nớc và tạo thành anhydrit
nội phân tử.
Nguyễn Trung Sơn
20
t
o
Luận văn thạc sỹ

* ứng dụng:
Axit succinic tìm thấy nhiều trong hổ phách, trong rất nhiều loại cây
(tảo, địa y, đại hoàng...) và trong nhiều loại than non.
Axit này đợc sử dụng làm nguyên liệu đầu trong công nghiệp sản xuất
nhựa alkyd, thuốc nhuộm, dợc phẩm và thuốc trừ sâu. Phản ứng với glycol tạo
polyeste. Các este đợc tạo thành từ phản ứng giữa axít succinic với rợu đơn chức
là các chất dẻo quan trọng.

1.2.3 Chất HĐBM NI
1.2.3.1 Alkyl poly glucosit (APG)
Công thức hoá học của chúng là [13]:

Trong đó:
n = 1,3 ữ 2 ; R = C
8
ữ C
14
.
* Ưu điểm:
- Dễ phân giải sinh học trong điều kiện tự nhiên của môi trờng.
Nguyễn Trung Sơn
21
o
oh
oh
o
*
ch
2
oh
o
r
h
h
h
h
n
2

hc
2
hc c
c oh
oh
o
o
2
hc
2
hc c
c
o
o
o
+
H
2
O
t
o
Luận văn thạc sỹ

- Phối hợp với các chất hoạt động bề mặt không ion phù hợp sẽ giúp đạt đ-
ợc những kết quả tốt đối với sự tẩy rửa các vết dầu.
- Có khả năng làm dịu cao hơn các NI.
- Sự tách pha kém (tách các pha bởi sự hiện diện của chất điện giải) từ đó
tạo thuận lợi để lập công thức những sản phẩm lỏng đẳng hớng đậm đặc
(đối với những sản phẩm lỏng có cấu trúc: nó có khả năng phân tán các
liposom).

- Nó có thể làm giảm độ nhớt của kem nhão: cho năng suất cao nhất khi
phun.
* Các sản phẩm đợc tổng hợp bằng hai phơng pháp khác nhau:
- Trans-glucosit hoá với các rợu C
3
và C
4
.
- Glucosit hoá trực tiếp các rợu béo :
R-CH
2
-OH

Glucoza
APG
1.2.3.2 Tween 60
Các tên gọi khác nhau: Polyoxyetylene sorbitan este: POE, Sorbitan este
etoxylate, Tween [21, 24].
Công thức cấu tạo chung của chất HĐBM NI loại Tween:


w + x + y + z = 1
Nguyễn Trung Sơn
22
HO(CH
2
CH
2
O)
W

(OCH
2
CH
2
)
X
OH
CHO(CH
2
CH
2
)
Y
OH O
O
CHO(CH
2
CH
2
)
Z-1
CH
2
CH
2
O - C - R
Luận văn thạc sỹ

Các loại Tween thờng dùng: Tween 20, Tween 40, Tween 60, Tween 80.
Trong bản đồ án này sử dụng Tween 60.

Bảng 1.5: Giới thiệu chất HĐBM Tween 60
Tên thơng mại Atlas
Tween 60
(Polysorbate 60)
Tên hoá học
POE
Sorbitan Monostearate: C
17
H
35
COOM
( R=C
17
H
35
)
Thành phàn axit béo
Axit Stearic (C18:0) xấp xỉ 50% nằm cân
bằng với axit Palmitic (C16:0)
Dạng ở nhiệt độ phòng
Lỏng nhớt, màu vàng nhạt
FW
1309,68
F
P
>230
O
F (110
o
C)

20
D
n
1,4756
D
1,064
HLB
14,9
FW: Khối lợng phân tử, F
P
: Điểm chớp cháy.
HLB: Tính a nớc- Tính a dầu cân bằng.
1.3 Cơ chế tẩy rửa
1.3.1 Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình tẩy rửa
Quá trình tẩy rửa bằng dung dịch tẩy rửa có chứa nớc là một quá trình
phức tạp, liên quan đến sự đồng tơng tác giữa vô số các ảnh hởng vật lý và hóa
học. Sự tẩy rửa đợc định nghĩa là làm sạch bề mặt của vật thể rắn, với một tác
nhân riêng biệt, chất tẩy rửa, theo một quá trình hoá lý khác hẳn với việc hoà
tan đơn thuần [14].
* Các thành phần và yếu tố sau tham gia vào quá trình tẩy rửa toàn diện:
- Nớc
Nguyễn Trung Sơn
23
Luận văn thạc sỹ

- Chất bẩn
- Bề mặt nhiễm bẩn
- Kỹ thuật tẩy rửa
- Chất tẩy rửa
Đặc tính tẩy rửa rất nhạy cảm với các yếu tố nh tính chất bề mặt nhiễm

bẩn (các bề mặt cứng, các loại vải sợi), loại chất bẩn (vết bẩn có chứa béo, vết
bẩn dạng hạt, vết bẩn hỗn hợp). Chất lợng nớc (độ cứng của nớc, hàm lợng vết
ion Fe, Cu, Mn...) kỹ thuật tẩy rửa (các tác động cơ học, thời gian và nhiệt độ)
và thành phần chất tẩy rửa. Khả năng tách các chất bẩn trong suốt quá trình tẩy
rửa sẽ đợc nâng cao bằng cách tăng tác động cơ học, thời gian tẩy rửa và nhiệt
độ. Tuy nhiên, đối với bất cứ một công nghệ tẩy rửa nào đều đa ra sự phụ thuộc
tác động qua lại giữa bề mặt nhiễm bẩn, chất bẩn và thành phần chất tẩy rửa.
Không phải tất cả các yếu tố có tác động qua lại lẫn nhau này đều có thể thay
đổi tùy tiện đợc.
1.3.2 Các cơ chế tẩy rửa khác nhau
Quá trình tẩy rửa của bất kỳ chất tẩy rửa nào đều cần có cơ chế tối u để
đạt đợc hiệu quả cao nhất. ở đây, chúng ta chỉ xét cơ chế lấy vết bẩn khỏi bề
mặt nhiễm bẩn đối với hai loại vết bẩn thờng gặp: vết bẩn có chất béo (dầu hoặc
mỡ) và vết bẩn dạng hạt (các hạt mịn). Các vết bẩn chất béo và dạng hạt này có
thể tồn tại độc lập hay hoà tan lẫn với những tỷ lệ khác nhau. Các hoạt động của
chúng rất phức tạp, nếu ngời ta bàn chung đến các loại chất bẩn này. Quá trình
tẩy rửa trở nên dễ dàng hơn nếu xét hai loại vết bẩn này độc lập với nhau. Để
đơn giản, chúng ta chỉ bàn đến việc lấy đi các vết bẩn có chất béo rồi đến các
chất dạng hạt tách biệt hẳn nhau.
Nguyễn Trung Sơn
24
Luận văn thạc sỹ

Các vết bẩn béo có thể do từ bã nhờn nơi cơ thể con ngời hay do tiếp xúc
các chất béo ở môi trờng (thức ăn, mỹ phẩm, dầu máy...), các vết bẩn dạng hạt
bao gồm oxit kim loại, đất sét, hay các loại cacbon nh nhọ nồi [6, 22].
1.3.2.1 Tẩy các vết bẩn có chất béo
* Thuyết nhiệt động Ph ơng thức Lanza
Xét một chất béo H(dầu) và bề mặt rắn (F). Việc vấy bẩn F do H có thể
đợc biểu diễn qua hình 1.2:

Không khí
HA

Không khí
HA



FA


FA

H

HF

F F
Hình 1.2: Vết bẩn có chứa chất béo.
Khi giọt dầu H (thể I) tiếp xúc với bề mặt F (thể II) thì giọt dầu trải ra
cho đến khi đạt thế cân bằng với một góc tiếp giáp, đợc xác định bởi bề mặt F
và tiếp tuyến của giao diện dầu/khí. Năng lợng tự do của thể II có thể đợc viết
theo phơng trình sau :

cos.
HAFHFA
EEE
+=
(1)
Trong đó :

E
FA
:Năng lợng tự do bề mặt/khí
E
FH
:Năng lợng tự do bề mặt/dầu
E
HA
:Năng lợng tự do dầu/khí
Năng lợng tự do tính trên một đơn vị diện tích bằng sức căng giao diện
hay bề mặt. Phơng trình (1) trở thành :

cos
HAFHFA
+=
(2)
Nguyễn Trung Sơn
25