Như tương nghịch nước trong dầu

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH............................................................................................................III
MỤC LỤC BẢNG.......................................................................................................................IV
DANH MỤC VIẾT TẮC..............................................................................................................V

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1
Hình 2.1
Hình 3.1
Hình 3.2
Hình 3.3
Hình 3.4
Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7
Hình 3.8
Hình 3.9
Hình3.10
Hình 3.11
Hình 3.12
Hình 3.13
Hình 3.14
Hình 3.15
Hình 3.16
Hình 3.17

Hình ảnh nhũ tương loại 1 và 2
Quy trình tổng hợp nhiên liệu nhũ tương N/D
Ảnh hưởng giá trị HLB tạo nhũ đến thời gian ổn định nhũ
Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa giá trị HLB với thời gian ổn
định nhũ ở nhiệt độ phòng (T1).

Đồ thị biểu diển mối quan hệ giũa giá trị HLB với thời gian ổn
định do sốc nhiệt (T2).
Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa chất ổn định nhũ và thời gian
ổn định nhũ ở nhiệt độ phòng (T1).
Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa chất ổn định và thời gian ổn
định nhũ tương nghich N/D do sốc nhiệt
Đồ thì biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ chất tạo nhũ và thời
gian ổn định nhũ ở nhiệt độ phòng (T1).
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giũa hàm lượng chất tạo nhũ và thời
gian ổn định do sốc nhiệt (T2)
Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa nồng độ Co-surfactantvà thời
gian ổn định nhũ ở nhiệt độ phòng (T1).
Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa nồng độ Co-surfactantvà thời
gian ổn định nhũ do sốc nhiệt (T2)
Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa hàm lượng nước và thời gian
ổn định ở nhiệt độ phòng.
Biểu đồ do sốc nhiệt thể hiện mối quan hệ giữa hàm lượng nước
và thời gian ổn định nhũ
Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ khuấy và thời gian ổn
định nhũ ở nhiệt độ phòng T1.
Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ khuấy và thời gian ổn
định nhũ do sốc nhiệt T2.
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa thời gian khuấy và thời gian ổn
định nhũ ở nhiệt độ phòng T1
Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa thời gian khuấy và thời gian ổn
định nhũ do sốc nhiệt T2.
Đồ thị đường cong chưng cất phân đoạn nhiên liệu nhũ hóa và
nhiên liệu diesel
Kết quả đo kích thước hạt của mẫu nhũ tương nước trong dầu
diesel

1

Trang
2
18
30
32
32
34
34
36
36
38
38
39
40
41
41
43
43
44
46


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1
Bảng 1.2
Bảng 1.3
Bảng 1.4

Bảng 1.5
Bảng 1.6
Bảng 2.1
Bảng 2.2
Bảng 3.1
Bảng 3.2
Bảng 3.3
Bảng 3.4
Bảng 3.5
Bảng 3.6
Bảng 3.7
Bảng 3.8
Bảng 3.9
Bảng 3.10
Bảng 3.11
Bảng 3.12
Bảng 3.13
Bảng 3.14
Bảng 3.15

Tiêu chuẩn châu âu về hàm lượng S trong nhiên liệu
Quy định của mỹ về hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu
Một số ứng dụng của giá trị HLB
Thành phần khói thải của một số nhiên liệu hiện nay
Thành phần khói thải của một số nhiên liệu nhũ hóa N/D
Các thông số tiêu chuẩn chất lượng các loại nhiên liệu khác
nhau
Danh sách hóa chất được sử dụng làm thí nghiệm
Danh sách dụng cụ thí nghiệm được sử dụng làm thí nghiệm
Kết quả lựa chọn hỗn hộ chất nhũ hóa

Kết quả xác định tỉ lệ chất nhũ hóa Span 80 Tween 20
kết quả xác định tỉ lệ chất nhũ hóa Span 80 Tween 60
kết quả xác định tỉ lệ chất nhũ hóa Span 80 Tween 80
kết quả xác định giá trị HLB toàn hệ Micro nhũ tương N/D
Kết quả nghiên cứu lựa chọn chất ổn định nhũ tương nghịc N/D
Kết quả nghiên cứu lựa chọn hàm lượng chất tạo nhũ tương
nghịch N/D
kết quả nghiên cứu lựa chọn hàm lượng Co-surfacetant
Kết quả cứu lựa nghiên chọn hàm lượng nước trong hệ nhũ
tương nghịch N/D
Kết quả nghiên cứu tốc độ khuấy phù hợp với hệ nhũ tương
nghịch N/D.
Kết quả khảo sát thời gian khuấy phù hợp với hệ nhũ tương
nghịch N/D
Kết quả chưng cất phân đoạn nhiên liệu nhũ hóa và nhiên liệu
diesel
Các thông số kỹ thuật một số nhiên liệu khác nhau
So sánh thành phần khói so với nhiên liệu diesel
Hiệu quả kinh tế của nhiên liệu nhũ hóa

2

Trang
4
5
10
11
11
15
16

17
28
29
29
30
32
33
35
37
39
41
42
44
47
48
48


Ký hiệu
HDBM
S 80
T 20
HC
Co-S
HLB
GS
CS
TCVN
ASTM
S 60

T 60
T 80

DANH MỤC VIẾT TẮT
Tên đầy đủ
Hoạt động bề mặt
Span 80
Tween 20
Hydrocarbon
Co-surfacetant
Chỉ số cân bằng dầu nước
Gemini surfacetant
conventional surfacetant
Tiêu chuẩn việt nam
Tiêu chuân hoa kì
Span 60
Tween 60
Tween 80

3


MỞ ĐẦU
Trong thực tế, việc sử dụng các động cơ chạy nhiên liệu diesel khoáng trên thế
giới và việt nam tăng đều qua các năm nhưng đối với động cơ chạy nhiên liệu diesel thải
ra một lượng rất lớn các hợp chất độc hại như CO x, NOx, SO2, VOC, … khí CO2 gây hiệu
ứng nhà kính, khí SO2 gây mưa axit và các muội than gây ô nhiểm không khí với nhu cầu
sử dụng các sản phẩm dầu mỏ nói chung và nhiên liệu diesel nói riêng gia tăng, nạn ô
nhiễm môi trường cũng gia tăng. Tuy nhiên, trong bối cảnh hiện nay, nguồn cung cấp này
đã trở nên không ổn định và những tác hại xấu về môi trường theo các nhà nghiên cứu

trên thế giới khi sử dụng động cơ chạy bằng nhiên liệu diesel thì mỗi năm hàm lượng
CO2 tăng 0.4%, CO tăng 3% và SO2 tăng 2%. Do đó, việc tìm ra những nguồn nhiên liệu
thay thế là hết sức cấp bách. Để góp phần giải quyết vấn đề này, chúng em đã tiến hành
nghiên cứu hệ nhũ tương nước - nhiên liệu diezel, một dạng nhiên liệu sạch, nhằm mục
đích giảm thiểu hàm lượng khói thải khi sử dụng nhiên liệu này từ đó giải quyết vấn đề
cấp bách hiện nay là tình trạng ô nhiểm môi trường và sự nóng lên của trái đất đồng thời
làm giảm sự căn thẳng về sự thiếu hụt nhiên liệu diesel khoáng cho các động cơ chạy
bằng nhiên liệu diesel khoáng.
Để chế tạo thành công nhiên liệu nhũ hóa thì cần xác định hỗn hợp chất tạo nhũ để
quá trình nhũ hóa xảy ra hoàn toàn hơn, từ đó nâng cấp chất lượng nhũ tương N/D, ngoài
ra để nâng cao tính ổn định nhũ tương tạo điều kiện thuận lợi cho bảo quản bằng cách tạo
ra hàng rào ngăn cản sự va chạm của các hạt mixen từ đó hệ nhũ tương không có lớp gel
cấu trúc tồn đọng trong hệ micro nhũ và thời gian ổn định nhũ được nâng lên một cách rõ
rệt.

4


CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU NHŨ HÓA N/D
1.1 Khái niệm về nhiên liệu nhũ hóa N/D.
Nhũ tương là hệ phân tán bao gồm hai (hoặc hơn hai) loại chất lỏng không tan lẫn
hoặc ít tan vào nhau ( hệ phân tán và tác nhân phân tán ). Chất lỏng tồn tại ở lượng dư gọi
là pha kín, pha liên tục, trong khi chất lỏng phân tán gọi là pha phân tán. Nếu nồng độ
của pha phân tán cao thì kích thước của các hạt đạt kích thước của hạt keo. Khi đó khái
niệm về pha không còn đúng nữa.
Việc tạo nhũ được gọi là sự nhũ hóa. Tác nhân tham gia vào quá trình tạo nhũ gọi
là chất tạo nhũ. Ngoài ra trong quá trình tạo nhũ còn có các chất khác tham gia vào quá
trình nhũ hóa là chất xúc tiến nhũ hóa ( chất ổn định nhũ tương ). Các chất này được cho
thêm vào để xúc tiến quá trình nhũ hóa, ví dụ tăng độ nhớt hoặc tạo chất keo bảo vệ.
Nếu pha liên tục là nước và pha phân tán là chất hữu cơ lỏng, dầu khoáng,…khi đó

ta dùng khái niệm nhũ tương dầu trong nước. Ngược lại nếu nước phân tán tốt trong chất
lỏng khan khi đó ta có nhũ tương nươc trong dầu. Nhiên liệu nhũ hóa thường có màu
trắng đục. [12]
1.2 Phân loại nhũ tương.
Thông thường, người ta phân loại nhũ tương theo hai cách sau:
1.2.1 Phân loại theo bản chất hai pha lỏng của hệ
Nhũ tương loại 1, hay nhũ tương dầu - nước, ký hiệu D/N. Trong nhũ tương loại
này môi trường là nước, pha phân tán là dầu. Đây được gọi là nhũ tương thuận
Nhũ tương loại 2, hay nhũ tương nước - dầu, ký hiệu N/D. Trong đó dầu là môi
trường, nước là pha phân tán. Nhũ tương loại này được gọi là nhũ tương nghịch.

(a)
(b)
Hình 1.1 : Hình ảnh nhũ tương loại 1 và 2
Hình 1.1.a Nhũ tương nước trong dầu
Hình 1.1.b Nhũ tương dầu trong nước
5


Để phân biệt nhũ tương thuộc loại 1 hoặc loại 2, có một số phương pháp:
− Thêm một ít nước thì nó chỉ trộn lẫn trong nhũ tương loại d/n mà không trộn lẫn
trong nhũ tương loại N/D.
− Thêm một ít chất màu chỉ có khả năng hoà tan vào một loại chất lỏng nhất định,
thì nó sẽ nhuộm màu giọt chất lỏng hay môi trường phân tán, mà qua kính hiển vi
thường có thể dễ dàng phân biệt được.
− Độ dẫn điện của nhũ tương d/n lớn hơn độ dẫn điện của nhũ tương loại N/D.
1.2.2 Phân loại theo nồng độ nhũ tương
Theo cách phân loại này, có các loại nhũ tương loãng, nhũ tương đặc và nhũ tương
đậm đặc.
− Nhũ tương loãng: là nhũ tương chỉ có khoảng 0.1 % thể tích toàn hệ là pha bị

phân tán. Hạt nhũ tương hình cầu, bán kính hạt khoảng 0.1µm, nghĩa là có kích
thước của hạt keo. Vì nồng độ nhỏ, nhũ tương loại này tương đối bền, không cần
chất nhũ hoá. Trên bề mặt các hạt nhũ tương này có thể hấp phụ các ion có trong
hệ, do đó hạt có mang điện tích. Đó cũng là nguyên nhân làm cho nhũ tương bền.
− Nhũ tương đặc: Pha phân tán chiếm tới 74% thể tích hệ. Các hạt vẫn có thể ở
dạng hình cầu, nhưng khoảng cách giữa các hạt rất nhỏ. Kích thước các hạt nhũ
tương dày khoảng 0.1 – 1 µm hoặc cao hơn. Loại nhũ tương này kém bền, thường
dễ sa lắng hoặc nổi. Muốn duy trì nhũ tương loại này, phải đưa vào hệ chất nhũ
hoá. Nhũ tương đặc có thể tồn tại dưới dạng đơn phân tán, hoặc dưới dạng đa
phân tán.
− Nhũ tương đậm đặc, hoặc nhũ tương gelatin hoá: Pha phân tán chiếm tỷ lệ cao
hơn 74% thể tích hệ. Các hạt pha phân tán bị biến dạng, không còn dạng hình cầu nữa.
Nhũ tương loại này không thể sa lắng. Chúng có tính chất của khối gel.
Ngoài ra còn có hệ nhũ hỗn hợp. Nhũ này có thể là nhũ thuận hoặc nhũ nghịch,
trong đó pha phân tán cũng là nhũ chứa các hạt nhỏ của môi trường phân tán. Nhũ này có
thể xuất hiện khi đồng thời có trong hệ hai chất tạo nhũ có tác động trái ngược nhau.
1.3 Tính chất của hệ nhũ tương N/D.
1.3.1 Kích thước hạt.
Với nhũ tương mà đường kính trung bình của các hạt nhũ từ 10 -6 -10-8 m có dạng
dung dịch keo. Nếu kích thước của các hạt nhỏ hơn 10 -8 m ta có loại nhũ tương có độ
phân tán cao và nằm trung gian giữa tạo mixen hạt keo và dung dịch thực. Dựa vào màu
sắc của nhũ tương ta có thể suy đoán được kích thước của các hạt. Nếu chỉ số khúc xạ
của các thành phần tham gia tạo nhũ đủ lớn, nhũ tương có màu xanh nhạt là nhũ tương có
độ phân tán tốt hơn so với nhũ tương có màu vàng hay màu đỏ nhạt. Với hầu hết các loại
nhũ tương thì kích thước hạt là không đồng nhất. Nếu kích thước của hạt nhũ phân bố
6


trong khoảng rộng ta có nhũ tương đa phân tán, ngược lại ta có nhũ tương đơn phân tán
trong đó các hạt nhũ có kích thước đồng đều. Kích thước lý tưởng của hạt nhũ phụ thuộc

vào chế độ công nghệ và ứng dụng của nó trong công nghiệp. Hầu hết các loại nhũ tương
được sản xuất trong công nghiệp là dạng nhũ tương đa phân tán. [4] [12]
1.3.2 Qúa trình bao bọc bề mặt hạt nhũ.
Để ngăn cản sự kết hợp của các hạt nhũ một khi đã được hình thành, phải dựng lên
một hàng rào về năng lượng để tránh các hạt nhũ va chạm với nhau vì nếu va chạm thì
khả năng phân tán sẽ kém. Rào cản về năng lượng này được dựng lên bằng cách cho
thêm tác nhân nhũ hóa và có thể bảo quản tốt bằng cách cho thêm chất ổn định. Các phân
tử của chất nhũ hóa tập trung tại bề mặt phân chia giữa pha phân tán và pha liên tục. Khi
đó nhóm ưa nước sẽ hướng vào nước và nhóm kỵ nước sẽ hướng vào pha hữu cơ. Kết
quả hình thành một lớp mỏng trên bề mặt phân cách giữa hai lớp chất lỏng. Lớp này có
thể kéo dãn được và hút thêm các phân tử chất nhũ hóa nếu hạt nhũ bị phá vỡ do khuấy
trộn cơ học, đến khi hạt nhũ mới được bao bọc bởi một lớp chất lỏng trên bề mặt. [4] [12]
1.4 Phương pháp sản xuất diesel sạch.
1.4.1 Giảm hàm lượng lưu huỳnh
Phân đoạn diesel là phân đoạn tương đối nặng, có nhiệt độ sôi cao (250-350 oC)
nên phần lớn các chất chứa lưu huỳnh tập trung ở phân đoạn này.
Phù thuộc vào cấu trúc của các chất hưu cơ có chứa lưu huỳnh mà mức độ khữ lưu huỳnh
khác nhau. Các chất mercaptan, thiophen, sunfua bị khữ dễ hơn và có thể áp dụng công
nghệ khữ thông thường. Còn các chất ankylbenzothiophen thì rất khó loại bỏ hỗn hợp
này, phải áp dụng công nghệ hydrodesunfua hóa sâu. Mức độ của phản ứng khử lưu
huỳnh được săp xếp theo dãy sau:
Mercaptan > sunfua > disunfua > thiophen > alkylthiophen > benzothiphen >
ankylbenzothiophen.
Theo dãy trên, mức độ tách lưu huỳnh khó dần.
Xúc tác cho phản ứng là các loại sau: CoMo/Al 2O3; NiMo/Al2O3; GaCr/HZSM-5.
Hiện nay công nghệ mới sử dụng vật liệu mezopor Mo/MCM-41; Mo/SBA-15.
Bảng 1.1: Tiêu chuẩn châu âu về hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu

Nhiên liệu

Năm

Xăng

2000
2002-2005
2005-2011
2000
2002-2005

Diesel

7

Hàm lương lưu
huỳnh, ppm
150
<50
<10
350
<50


2005-2011

<10

Bảng 1.2: Quy định của mỹ về hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu

Năm

2000

2003

2004

2005

200
6
30

20082010
<5

Xăng
250
<150
120
90
(ppm)
Diesel
450
250
150
30
15
<10
(ppm)

Để hội nhập với các quốc gia trên thế giới, TCVN về hàm lượng lưu huỳnh tối đa
trong nhiên liệu cũng phải theo tiêu chuẩn của các nước trong khu vực và thế giới. Tuy
nhiên, đến thời điểm hiện tại, hàm lượng S trong xăng và diesel còn rất cao ở nước ta.
Mục tiêu phấn đấu là giảm lưu huỳnh trong xăng dưới 300 ppm và diesel dưới 500 ppm.
Nhìn chung công nghệ sản xuất nhiên liệu sạch thu hút rất nhiều nghiên cứu các nhà khoa
học trên thế giới nhằm đáp ứng tiêu chuẩn về môi trường. [4]
1.4.2 Đưa các hợp chất chứa oxy vào nhiên liệu DO.
Đặc điểm của nhiên liệu DO là tạo nhiều khói đen, trong đó có nhiều CO và C tự
do. Để khắc phục hiện tượng này người ta đưa các chất có chứa oxy vào để quá trình
cháy được hoàn toàn.
a. Phương pháp nhũ hóa.
Bản chất của phương pháp này là đưa nước vào nhiên liệu diesel để tạo thành dạng
nhũ tương nghịch N/D. Dạng nhiên liệu này có hàm lượng oxy cao hơn nên quá trình
cháy sạch hơn. Phương pháp này nếu thực hiện được thì không nhưng giảm thiểu được ô
nhiểm môi trường mà còn có giá trị kinh tế rất cao, tuy nhiên do một số nhược điểm mà
phương pháp này chưa được sử dụng rộng rãi. Cần nghiên cứu xem lượng nước đưa vào
là bao nhiêu để không ảnh hưởng đến các chỉ tiêu khác của nhiên liệu và động cơ. [4]
b. Đưa các hợp chất chứa oxy vào nhiên liệu DO.
Đó là pha trộn nhiên liệu sinh học (biodiesel) vào diesel khoáng. Bio-diesel được
tổng hợp từ dầu thực vật (như dầu dừa, dầu bông, dầu nành, dầu sở…) và mỡ động vật
(mỡ cá tra, cá basa….), đó là nguồn nhiên liệu vô tận có thể tái tạo, nuôi trồng. Hiên nay
người ta thường pha thêm 5%, 10%, 20% bio-diesel (gọi là B-5, B-10, B-20). Loại nhiên
liệu này phổ biến là B-20, có nhiều tính ưu việt, nó giúp cho quá trình cháy xảy ra hoàn
toàn hơn, (B-20 có nghĩa là đã đưa thêm 20% oxy vào nhiên liệu), cải thiện đáng kể
thành phần khói động cơ, chống ô nhiễm môi trường mà lại không ảnh hưởng đến công
suất đông cơ và các tính chất khác. [4]
c. Tối ưu hóa trị số xetan và thành phần cất phân đoạn
8

Đây là các yếu tố tác động đến việc chế tạo ra diesel sạch. Đối với nhiên liệu
diesel, không cần phải có trị số xetan quá cao mà chỉ cần sản xuất ra nhiên liệu có trị sô
xetan phù hợp: xetan bằng 45-50 đối với động cơ chạy chậm và 50-60 đối với động cơ
chạy nhanh. Nếu trị số xetan thấp quá gây cháy kích nổ, làm hỏng động cơ trước thời
hạn, hao tốn nhiên liệu dẫn đến ô nhiễm môi trường. Nếu cao quá sẽ lãng phí nhiên liệu
và phát sinh ra các nhược điểm khác.
Thành phần cất phân đoạn cũng được nghiên cứu để tìm ra khoảng cất tối ưu. Hiện
nay có xu hướng tăng nhiệt độ sôi đầu và giảm nhiệt độ sôi cuối, sự điều chỉnh này dẫn
đến hạn chế các phần nặng, gây khó cháy hoàn toàn, gây tạo cặn, tạo, ảnh hưởng đến tuổi
thọ động cơ và gây ô nhiểm môi trường. [11]
1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chế tạo nhũ tương nước - nhiên liệu
diesel.
1.5.1 Ảnh hưởng của việc lựa chọn chất nhũ hoá
Để chế tạo được một nhũ tương bền vững, nhất thiết trong hệ phải có một chất nhũ
hoá hoặc một hỗn hợp chất nhũ hoá nào đó. Vai trò của chất nhũ hoá ở đây là làm giảm
sức căng bề mặt giữa hai pha và do đó hai chất lỏng dần dần phân tán vào nhau một cách
tự nhiên hoặc nhờ vào sự tác động cơ học, cuối cùng ta được một hệ nhũ tương. Các chất
hoạt động bề mặt đóng vai trò làm chất nhũ hoá rất phong phù và đa dạng, tuy nhiên
trong công tác nghiên cứu và thực nghiệm việc chọn lựa được một chất hoặc một hỗn
hợp chất nhũ hoá có khả năng làm ổn định có hiệu quả cho từng loại nhũ tương cụ thể là
hết sức khó khăn.
Đối với việc chọn lựa chất nhũ hoá cho việc chế tạo hệ nhũ tương nghịch của
nước-nhiên liệu diesel lại càng khó khăn hơn, bởi vì hệ nhũ tương nghịch này chịu tác
động bởi yếu tố: bản thân hệ nhũ tương là một hệ không bền về mặt nhiệt động, vì vậy
nhũ tương sẽ nhanh chóng bị kết tụ, tạo màng và phân lớp nếu khả năng ổn định nhũ của
chất nhũ hoá không cao. Như vậy, để tạo được hệ nhũ tương nghịch bền vững đối với
nước - nhiên liệu diesel thì chất nhũ hoá tìm được phải có chỉ số HLB thích hợp, theo
Griffin, chất nhũ hoá để ổn định nhũ tương nghịch phải có giá trị HLB nằm trong khoảng
từ 3 - 6. Tuy nhiên, như chúng ta đã biết, diesel là một loại nhiên liệu, vì vậy chất nhũ
hoá được chọn lựa phải không chứa kim loại để tránh khả năng gây ăn mòn động cơ sử

dụng nhiên liệu nhũ tương này. Thoả mãn được các điều kiện trên chỉ có những chất nhũ
hoá không ion là đáp ứng được, vì các chất nhũ hoá không ion không chứa các thành
phần kim loại.
Đồng thời, khi nghiên cứu tính chất của nhũ tương nghịch, nhiều tác giả đã đưa ra
kết luận thực nghiệm quan trọng rằng, các chất hoạt động bề mặt đơn lẻ thường là các
chất ổn định kém hiệu quả hơn hỗn hợp của chúng với các chất hoạt động bề mặt thuộc
9


các loại khác. Theo quan điểm của J. Suman và E.Cocbein thì đó là kết quả của sự bó
chặt hơn các chất tạo nhũ trong thành phần lớp do các nhóm phân cực có tích điện của
chất hoạt động bề mặt với nhau và tạo nên cấu trúc bổ xung của lớp hấp thụ, do đó sự
làm giảm sức căng bề mặt phân cách pha sẽ hiệu qủa hơn so với từng chất hoạt động bề
mặt riêng lẻ.
Có thể kể ra hàng trăm các chất tạo nhũ không ion đựơc dùng để ổn định cho hệ
nhũ tương nước - nhiên liệu diesel, thuộc loại này gồm có các monoglyxerit axit béo, các
sorbitan este axit béo...Tuy nhiên, việc lựa chọn một chất tạo nhũ cho nhũ tương nước nhiên liệu diesel, ngoài việc phải thoả mãn điều kiện là tạo ra sản phẩm có độ ổn định
cao, thì đồng thời còn phải thoả mãn các điều kiện về chỉ tiêu, chất lượng nhiên liệu, tính
dễ kiếm, sẵn có hoặc có thể dễ dàng tổng hợp được. Theo nghiên cứu của nhiều tác giả,
để chế tạo nhũ tương nước - nhiên liệu diesel, có thể kể ra nhiều chất nhũ hoá khác nhau,
tuy nhiên, để chọn lựa được một chất nhũ hoá phù hợp với điều kiện thí nghiệm là rất
khó khăn.
1.5.2 Ảnh hưởng của nồng độ chất nhũ hoá.
Nồng độ chất nhũ hoá có ảnh hưởng rất lớn đến độ bền vững của nhũ tương. Ở
nồng độ rất thấp thì các phân tử chất nhũ hoá bị phân tán vào trong dung dịch và không
đủ để hình thành nên các gel cấu trúc, hay nói cách khác, không đủ để bao quanh giọt
nhũ và do đó, độ bền của nhũ tương không cao, khi nồng độ rất cao thì hầu như tất cả các
phân tử chất nhũ hoá đều tạo mixen, nhưng có thể gây hiện tượng đảo pha nhũ tương.
Đã có nhiều tác giả xác định bằng thực nghiệm rằng, nồng độ của chất tạo nhũ khi
vượt qua một mức nhất định nào đó cũng không làm cho chất lượng của nhũ tương tốt

hơn, bởi vì, khi lớp hấp phụ đã được bão hoà thì phần dư của nó sẽ tồn tại ở dạng hoà tan
trong môi trường phân tán và không tham gia vào quá trình tạo nhũ. Như vậy, để chế tạo
được một hệ nhũ tương bền vững, thì việc xác định được nồng độ tối ưu của chất nhũ
hoá là rất cần thiết. Vì nếu nồng độ của chất nhũ hoá thấp hơn hoặc cao hơn nhiều so với
nồng độ tối ưu thì sẽ dẫn tới một hệ nhũ không bền vững, hoặc sẽ lãng phí chất nhũ hoá.
Để xác định nồng độ tối ưu của chất nhũ hoá, trên thực tế người ta thường sử dụng
phương pháp thực nghiệm.
1.5.3 Ảnh hưỏng của thời gian khuấy trộn.
Thời gian khuấy trộn là một trong những yếu tố quyết định độ bền của nhũ tương.
Nhũ tương càng bền vững khi kích thước hạt càng nhỏ và đồng đều nhất. Để đạt được
kích thước giọt nhũ nhỏ, đòi hỏi phải có thiết bị tạo nhũ và thời gian khuấy trộn thích
hợp. Bằng thực nghiệm, người ta đã chứng minh được rằng, khi với tốc độ khuấy trộn
không đổi, thì thời gian khuấy trộn càng dài cũng sẽ tạo ra được nhũ tương có cỡ hạt
càng nhỏ. Nhưng khi thời gian khuấy trộn vượt quá một giá trị nào đấy thì kích thước hạt
10


hầu như không giảm nữa và do đó không làm tăng thêm chất lượng của nhũ tương, trong
hình dưới đây chỉ ra sự phụ thuộc của kích thước hạt nhũ đến thời gian khuấy trộn.
Ngoài ra, nếu với tác dụng cơ học lâu dài thì có thể sẽ xảy ra hiện tượng đảo pha nhũ
tương, nghĩa là nhũ tương thuận sẽ chuyển thành nhũ tương nghịch và ngược lại. Do đó,
việc kéo dài thời gian khuấy trộn chưa chắc đã có lợi trong quá trình chế tạo nhũ tương.
Từ việc phân tích trên, cho thấy việc nghiên cứu xác định thời gian khuấy trộn tối ưu
trong quá trình tạo nhũ là yếu tố hết sức cần thiết.
1.5.4 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn
Quá trình tạo nhũ sẽ được kết quả mong muốn khi điều chỉnh được một tốc độ
khuấy trộn thích hợp. Khi tốc độ càng cao, nói chung sẽ tạo ra nhũ tương có kích thước
hạt nhỏ và nhũ tương bền vững. Nhưng nếu tốc độ cao quá sẽ phá vỡ cấu trúc hạt nhũ.
Ngược lại tốc độ thấp quá sẽ hạn chế khả năng phân tán của các giọt, kết quả là không
hình thành lên giọt nhũ.

1.5.5 Ảnh hưởng của thứ tự cho các pha vào nhau
Vấn đề khảo sát thứ tự cho các pha vào nhau là rất quan trọng trong quá trình chế
tạo nhũ tương, nó là yếu tố xác định dạng của nhũ tương được tạo thành. Thực vậy, với
một tỷ lệ cao của pha dầu với pha nước là nguyên nhân tạo nên một nhũ tương nước
trong dầu, nhưng trái lại một tỷ lệ cao của nước so với dầu sẽ có xu hướng tạo nên một
nhũ tương dầu trong nước. Nếu gọi φi là tỉ lệ thể tích của pha dầu so với pha nước ở điểm
chuyển hoá nhũ tương, thì với φ > φi; sẽ có khuynh hướng hình thành các nhũ tương
nước trong dầu. Như vậy, nếu trong quá trình chế tạo nhũ tương nếu ta cho pha nước từ
từ vào pha dầu, thì ngay tại thời điểm mà hai pha tiếp xúc với nhau pha dầu luôn luôn có
thể tích lớn hơn pha nước và do đó, một nhũ tương nghịch sẽ dễ dàng được tạo ra. Còn
ngược lại, nếu ta cho pha dầu từ từ vào pha nước thì một nhũ tương thuận được tạo thành
là điều tất yếu.
Ngoài ra, bằng thực nghiệm người ta cũng thấy rằng thứ tự thêm chất nhũ hoá vào các
pha cũng có ảnh hưởng không nhỏ đến độ bền và kích thước hạt của nhũ tương
Như vậy, rõ ràng là để tạo được một hệ nhũ tương nước trong dầu bền vững thì
phương pháp tốt nhất là thêm pha nước vào pha dầu đã hoà tan chất nhũ hoá một cách từ
từ cùng với sự khuấy trộn mạnh.
1.5.6 Vai trò của co-surfactant
Các chất đóng vai trò là co-surfactant như methanol, etanol, n-propanol, n-butanol,
n-pentanol, propylene glycol…. Co-surfactant được thêm vào hệ micro nhũ tương N/D
với vai trò là
+ Giảm sức căng bề mặt giao diện giữa 2 pha chất lỏng.
11


+ Tăng khả năng phân tán giữa 2 pha chất lỏng.
+ Giảm độ nhớt từ từ đó hạn chế hình thành các gel cấu trúc bền vững ảnh hưởng
đến tính ổn định của hệ micro nhũ tương N/D.
+ Co-surfactant được thêm vào hệ nhũ tương có thể cải thiện tính ổn định của nhũ
tương.

+ Co-surfactant làm tăng tính phân cực của pha phân tán (pha nước), đồng thời
giúp cho các hợp chất phân cực tan tốt hơn trong pha phân tán.
+ Điều chỉnh giá trị HLB tối ưu. [3] [5] [17]
1.5.7 Ảnh hưởng của giá trị HLB
1.5.7.1 Khái niệm giá trị HLB
Vài đặc tính hóa lí của phân tử chất hoạt động bề mặt, đặt biệt khả năng nhũ hóa
của chúng liên hệ mật thiết với tính đối cực trong nội bộ các phân tử. Vào năm 1950
Griffin đã nghĩ rằng có thể xác định tính đối cực này bởi một giá trị thực nghiệm mà ông
gọi là HLB (căn bằng tính ưa dầu và ưa nước). Một hợp chất ít hòa tan tốt trong nước thì
có giá trị HLB thấp, giá trị HLB tăng dần dần thì khả năng tan trong nước tăng dần. Vậy
HLB chỉ là một đơn vị đo lường tính đối cực của phân tử. [10]
Đặc biệt với những chất NI, người ta có thể điều chỉnh giá trị HLB theo ý muốn:
chỉ cần thay đổi số mole oxit etylen. Về những chất anion thì bị hạn chế vì phần ưa nước
(nhóm ion) không bị biến đổi lớn (nhóm Sulfonat, sufat….) [10]
1.5.7.2 Các phương pháp xác định giá trị HLB thực nghiệm
Theo Griffin, giá trị chỉ số HLB của một chất nhũ hoá có thể được tính toán bằng
các phương trình sau:
− Đối với các este của rượu đa chức và axit béo: [7], [17]
Trong đó:
S: chỉ số xà phòng hóa của este.
A: là chỉ số trung hòa của axit béo.
−

Đối với các dẫn xuất của dầu nhựa thông, sáp ong, rosin và lanolin: [7], [17]

Trong đó:
E: là % khối lượng của polyoxyetylen
P: là % khối lượng của rượu đa chức.
−

Đối với các chất nhũ hóa trong phần ưa nước chỉ gồm có các nhóm polyetylen,
công thức có thể rút gọn [7], [17]

−

Đối với hỗn hợp chất nhũ hóa, giả sử có hỗn hợp của hai chất nhũ hoá A và B,
12


trong đó chất nhũ hoá A có chỉ số HLBA và chất nhũ hoá B có chỉ số HLB B thì
chỉ số HLB chung của hỗn hợp được tính theo công thức:
Trong đó:
WA và WB: là tỷ lệ khối lượng của A và B.
HLBA, HLBB : là chỉ số HLB của hai chất A và B.

- Cách xác định phần trăm trong hỗn hợp chất hoạt động bề mặt theo thang đo HLB

định trước [7], [17]
%( A) =

( X − HLB( B ) )
HLB( A) − HLB( B )

×100

%(B) = 100 - %(A)
Trong đó :
%(A) : Phần trăm chất hoạt động bề mặt A
HLBA : Giá trị HLB của chất hoạt động bề mặt A
%(B) : Phần trăm chất hoạt động bề mặt B

HLBB : Giá trị HLB của chất hoạt động bề mặt B
X : Giá trị HLB mà hỗn hợp chất hoạt động bề mặt cần đạt đến.

Đối với một chất hoạt động bề mặt có cấu trúc xác định, có thể tính giá trị HLB
như sau :
HLB = 7 + ∑ (nhóm ưa nước) - ∑ (nhóm kị nước)
Ở đây ∑ (số nhóm kị nước ) thường bằng 0,475n, trong đó n là số nhóm (-CH2-).
1.5.7.3 Một số ứng dụng của giá trị HLB
Bảng 1.3 Một số ứng dụng của giá trị HLB [7] [9]
Giá trị HLB
Ứng dụng
4-6
Tác nhân nhũ hóa N/D
7-9
Tác nhân thấm ướt

−

8-18
13-15
10-18

Tác nhân nhũ hóa D/N
Tác nhân tẩy rữa
Dung dịch trong

13


1.6 So sánh thành phần khói thải của một số nhiên liệu đang sử dụng hiện

nay.
Bảng 1.4: Thành phần khói thải của một số nhiên liệu hiện nay

CO2
N2
CO
SO2
HC
NOx

Diesel
8.5%
79.3%
15%
110 ppm
750 ppm
750 ppm

Bio – diesel
8.3%
12 %
15ppm
710 ppm
726 ppm

Xăng Ron 92
4.7%
6%
160 ppm
230ppm

Xăng E5 Ron 92
4%
4,3%
135 ppm
260 ppm

1.7 So sánh thành phần khói thải của một số nhiên liệu nhũ hóa N/D.
Bảng 1.5: Thành phần khói thải của một số nhiên liệu nhũ hóa N/D

Nhũ tương N/D
Diesel + CS + 5% H2O
Diesel + GS + 5% H2O
Diesel + CS + 10% H2O
Diesel + GS + 10% H2O
Diesel + CS + 15% H2O
Diesel + GS + 15% H2O

Chất thải rắn dạng
hạt
0,0204 g/h
0,019 g/h
0,015 g/h
0,012 g/h
0,0105 g/h
0,0095 g/h

NOx
652ppm
645 ppm

540 ppm
520 ppm
505 ppm
500 ppm

CO
2021 ppm
2000 ppm
1956 ppm
1900 ppm
1670 ppm
1645 ppm

Giảm lượng chất thải rắn dạng hạt.
Dựa vào số liệu thu được thấy rằng, lượng chất thải dạng hạt ít nhất trong nhiên
liệu chứa 15% nước với chất nhũ hóa GS (Gemini surfacetant), tiếp đến đó là nhiên liệu
nhũ hóa chứa 15% nước với chất nhũ hóa là CS (conventional surfacetant). Với diesel
nguyên chất tạo ra 0.33g/h chất rắn dạng hạt trong khi các nhiên liệu nhũ hóa chứa 5%,
10%, 15% với chất nhũ hóa GS và CS lần lượt là 0.0204, 0.019, 0.015, 0.012, 0.0105, và
0.0095 g/h. Ta thấy lượng chất thải dạng rắn giảm theo sự tăng dần theo lượng nước
trong nhiên liệu nhũ hóa. Bản chất hạt rắn là carbon tạo ra do phản ứng phân hủy C xHy.
Nhiệt độ cao sự thiếu hụt oxi trong phản ứng cháy chính là nguyên nhân dẫn đến hàm
lượng này cao
• Giảm hàm lượng NOx
So sánh nồng độ phát thải NO x từ khí thải động cơ khi dùng diesel và nhiên liệu
nhũ hóa được chỉ trên đồ thị trên. Nồng độ NO x tăng theo tốc độ của động cơ là do
nguyên tố N chuyển thành NO dưới điều kiện nhiệt độ khí cao và cũng dễ dàng kết hợp
với oxi tạo thành NO2. Quá trình cháy của nhiên liệu nhũ hóa chứa phụ gia CS và GS đều
giảm một lượng đáng kể NOx so với nhiên liệu diesel khoáng. Nguyên nhân là do sự phân
•

14


-

tán tốt giữa các hạt nước trong nhũ gây ra hiện tượng phân tán tản nhiệt. Khi hiện tượng
tản nhiệt xảy ra, kết quả thu được là pha nước sẽ hấp phụ một lượng nhiệt do nhũ tạo ra
khi đốt cháy, do đó giảm nhiệt độ cháy của khí bên trong buồng đốt dẫn đến hạn chế tạo
ra NOx (khi nhiệt độ thấp, sự tạo ra NOx giảm)
• Giảm lượng CO
So sánh lượng CO phát thải của động cơ khi sử dụng nhiện liệu diesel khoáng và
nhiên liệu nhũ hóa. Rõ ràng khi tốc độ quay của các động cơ tăng thì nồng độ CO cũng
tăng theo. Diesel khoáng cho nồng độ CO cao nhất, khi đốt nhiên liệu nhũ hóa thì tạo ít
CO hơn so với nhiện liệu diesel khoáng. Nhiên liệu nhũ hóa với CS + 15% nước và GS +
15% nước thì tạo CO ít nhất, 850-1670, 830-1645 ppm trong khi 1105-2203, 1053-2021,
1046-2000, 995-1956 và 980-1900 ppm tương ứng với diesel khoáng, nhiên liệu nhũ hóa
chứa 5%,10% nước với CS và GS. Bởi vì quá trình cháy của nhiên liệu nhũ hóa tạo ra các
vi hạt, dẫn đến sự tăng cao phần trăm phối trộn của hỗn hợp phản ứng. Nó cũng chỉ ra
rằng khả năng cháy phù thuộc vào sự phân tán và sự đồng nhất của nhiên liệu nhũ hóa.
Chính vì vậy quá trình tạo nhũ và ổn định hạt nhũ tốt sẽ tạo điều kiện cho quá trình cháy
tốt hơn. Việc giảm lượng không khí đưa vào sẽ hạn chế sự chuyển nhiên liệu chưa cháy
hết thành CO và chuyển S thành SO2 và SO3.
Phụ thuộc vào động cơ, tuổi thọ, quá trình bảo dưỡng, chu trình làm việc, cách vận
hành và hàm lượng nước so với diesel, các quá trình kiểm nghiệm đã chứng minh được
sản phẩm đã giảm được:
- NOx giảm từ 10%-30%
- CO giảm từ 10-60%
- CO2 giảm 2-4%
- Hạt rắn thải giảm 60%.

1.8. So sánh hiệu quả kinh tế và môi trường khi sử dụng nhiên liệu nhũ hóa
và nhiên liệu bio – diesel.
1.8.1. Hiệu quả kinh tế, hiệu quả môi trường khi sử dụng bio – diesel:
Một số lợi thế kỹ thuật và kinh tế của nhiên liệu biodiezel là:
Kéo dài tuổi thọ động cơ và làm giảm sự cần thiết phải bảo dưỡng (biodiezel có thêm vai
trò tự bôi trơn tốt hơn so với diezel dầu khoáng).
An toàn khi điều khiển, ít độc hại và có điểm chớp cháy cao hơn kể sự phát thải khí độc
hại. Sử dụng biodiezel rất có hiệu quả, quá trình cháy sạch.
Trong số các lợi ích khác nhau của nhiên liệu biodiezel, phải kể đến đó là nó rất an
toàn cho việc sử dụng trong tất cả các động cơ diezel thông thường, không phải thay đổi
cơ cấu động cơ. Biodiezel tốt hơn so với nhiên liệu dầu diezel khoáng theo hàm lượng
lưu huỳnh, điểm chớp cháy, hàm lượng chất thơm.
15


Biodiezel bắt đầu được sản xuất vào những năm 1990 tại Châu Âu với nguyên liệu
chủ yếu xuất phát từ dầu hạt cải. Hầu hết các nguồn dầu để sản xuất biodiezel tại Hoa Kỳ
là từ đậu tương và dầu mỡ màu vàng (chủ yếu là tái chế dầu ăn từ nhà hàng và công
nghiệp chế biến thực phẩm). Trong số nhiên liệu biodiezel, dầu biodiezel có nguồn gốc từ
dầu thực vật được chấp nhận và là thị phần ngang bằng với nhiên liệu diezel khoáng tại
Châu Âu và Hoa Kỳ. Bằng một số các biện pháp pha trộn biodiezel thu được hỗn hợp
nhiên liệu có các chỉ tiêu đặc trưng tốt hơn so với dầu diezel thông thường, nhưng giá
thành biodiezel thời đó tương đối cao. Hiện nay tại Liên minh Châu Âu, biodiezel chiếm
gần 89% trong thị phần sản xuất biodiezel trên toàn thế giới. Đến năm 2010, Hoa Kỳ dự
kiến sẽ trở thành nước có thị trường dầu biodiezel lớn nhất, chiếm khoảng 18% mức tiêu
thụ dầu biodiezel thế giới, tiếp theo là Đức.
Những lợi thế kinh tế và môi trường của biodiezel mang lại là: làm giảm lượng
phát thải khí nhà kính, giúp giảm sự phụ thuộc của một quốc gia vào nhập khẩu dầu thô,
và hỗ trợ nông nghiệp bằng cách cung cấp lao động và cơ hội mới cho thị trường cây
trồng trong nước. Chi phí đầu vào của dầu biodiezel sản xuất là nguyên liệu, chiểm

khoảng 80% tổng chi phí. Chi phí quan trọng khác là lao động trong sản xuất biodiezel,
hóa chất metanol và xúc tác. Tại một số nước, biodiezel bán rẻ hơn so với dầu diezel
thông thường.
Chi phí của nhiên liệu biodiezel khác nhau tùy thuộc vào nguồn cung cấp ban đầu,
các khu vực địa lý, sự biến đổi trong sản xuất từ mùa này đến mùa khác, giá dầu thô, và
những yếu tố khác. Giá của biodiezel cao hơn hai lần giá dầu diezel. Giá thành cao của
biodiezel một phần lớn là do giá của các nguyên liệu cao. Tuy nhiện, biodiezel có thể
được làm từ nguyên liệu khác, kể cả mỡ bò, mỡ lợn và dầu mỡ phế thải. Biodiezel đang
thu hút sự chú ý từ các công ty quan tâm đến thương mại, quy mô sản xuất lớn cũng như
sản xuất nhỏ và sử dụng thẳng dầu thực vật hay dầu thải từ động cơ diezel. Biodiezel là
một dự án khả thi để thay thế cho diezel từ dầu khoáng. Tuy nhiên, chi phí hiện nay của
biodiezel thường gấp 1.5 đến 3 lần dầu diezel khoáng ở các nước đang phát triển. Khả
năng cạnh tranh của biodiezel với dầu diezel phụ thuộc vào tỷ giá nhiên liệu và các chính
sách thuế. Nói chung, chi phí sản xuất biodiezel vẫn còn cao hơn nhiều so với dầu diezel
trong điều kiện kinh tế hiện nay. Sức cạnh tranh của diezel sinh học dựa vào giá của các
biomass nguyên liệu và chi phí liên quan tới công nghệ chuyển đổi. Sự gia tăng gần đây
trong việc sử dụng tiềm năng của biodiezel không chỉ do số lượng thực vật mà còn do sự
cải tiến của phương tiện được sử dụng trong sản xuất. Sự phát triển trong ngành công
nghiệp biodiezel dự kiến sẽ có tác động đáng kể tới giá của nguyên liệu diezel sinh học.
Biodiezel dự kiến ngày càng được phát triển và có triển vọng phát triển hơn. Người ta
cũng đang tìm cách nâng cao hiệu quả thu hồi glyxeryl, là sản phẩm phụ trong quá trình
16


sản xuất biodiezel. Điều này sẽ góp phần giảm đáng kể giá thành của biodiezel trong
tương lai do glyxeryl có giá trị cao.
Ô nhiễm không khí là do khói thải từ các nhà máy, các khu công nghiệp, các
phương tiện giao thông. Hiệu quả sử dụng biodiezel hoặc hỗn hợp biodiezel – diezel dầu
khoáng đã được nêu ở trên: Lượng khói thải độc hại giảm đáng kể.
Ở nước ta hiện nay các phương tiện giao thông ngày càng nhiều và các chất độc

hại được thải ra ngày càng tăng. Vì vậy, cần sản xuất nhiên liệu sạch để dần thay thế
nhiên liệu diezel khoáng. Do biodiezel có chứa rất ít hợp chất thơm, chứa rất ít lưu huỳnh
(khoảng 0,001%), quá trình cháy của biodiezel lại triệt để hơn nên giảm được đáng kể
lượng hydrocacbon, giảm đáng kể lượng NO x, SOx, H2S có trong khí thải. Điều này góp
phần làm giảm lượng khí thải là nguyên nhân gây nóng toàn cầu do hiệu ứng nhà kính.
Biodiezel không độc, dễ bị phân hủy (phân hủy đến hơn 98% chỉ trong 21 ngày),
và phù hợp với nhiều môi trường khác nhau. Đồng thời biodiezel có thể được sản xuất từ
các loại dầu mỡ thải ra từ nhà hàng hoặc các khu công nghiệp nên có thể giảm thiểu ô
nhiễm môi trường nước, môi trường đất cũng như môi trường không khí do chính các
nguyên liệu này gây nên. [12]
1.8.2. Hiệu quả kinh tế và môi trường khi sử dụng nhiên liệu nhũ hóa N/D:
Giá nhiên liệu giảm từ 20 – 30% so với nhiên liệu ban đầu, tức 100% dầu khoáng.
Bởi vì khi lượng nước trong nhũ tăng, thì một lượng lớn diezel được thay thế bởi một
lượng nước tương đương, do đó làm giảm đáng kể lượng diezel trong nhũ.
Giảm thiểu phát thải NOx, SOx, CO2, các chất dạng hạt, hydrocacbon bay hơi... gây
ô nhiễm môi trường và sức khỏe con người.
Tồn chứa và bảo quản dễ dàng, chúng không bị tách thành lớp và có thể lưu giữ
đến ba năm hoặc hơn. Xử lý các tạp chất như nhiên liệu bình thường.
Một điểm nữa mang lại hiệu quả cao, đó là có thể sử dụng luôn nhiên liệu nhũ hóa
đến 30% nước mà không cần thay đổi cơ cấu động cơ.
Sự tiêu hao nhiên liệu và công suất đầu ra được so sánh trong các số liệu ở hình
Số liệu cho thấy, rõ ràng là khi sử dụng nhiên liệu N/D, hiệu suất nhiệt cao hơn
diezel gốc và khí thiên nhiên. Sự tiêu hao nhiên liệu đối với khí thiên nhiên là cao nhất.
Công suất đầu ra của động cơ khi sử dụng nhiên liệu N/D 35% (DOE) cao hơn nhiều so
với diezel gốc, điều này lại một lần nữa minh chứng cho tính ưu việt của nhiên liệu N/D.
[12]

17

1.9. So sánh chất lượng của biodiezel, diezel khoáng và nhiên liệu nhũ hóa N/D.
Bảng 1.6 Các thông số tiêu chuẩn chất lượng các loại nhiên liệu khác nhau [7] [12] [16]
Diezel
STT
Các thông số
Biodiezel
Nhũ hóa 1
Nhũ hóa 2
khoáng
1
Tỉ trọng
0,8395
0,88
0,852
0,845
2
Cetan
52,6
46,70
45,5
45,9
3
Độ nhớt cst
2,973
3,16
3,05
Nhiệt trị
4
42,89
37,3

39,51
40,69
(MJ/kg)
Hàm lượng
5
410
0-0,0024
345
321
S (ppm)
Với nhiên liệu nhũ hóa 1: diezel chứa 15% được ổn định bằng chất hoạt động bề
mặt sorbitol monooleat
Với nhiên liệu nhũ hóa 2: diezel chứa 15% H 2O được ổn định bằng chất hoạt động
bề mặt 1,2-etan bis-dimetyl alkyl (CnH2n+1) amoni bromo (n=10).
1.10. Bảo quản và tồn chứa nhiên liệu nhũ hóa N/D.
Nhiên liệu N/D do chứa nước nên không thể bảo quản được lâu dài như diezel
gốc. Thời gian bảo quản phụ thuộc vào chất lượng phụ gia và môi trường tồn chứa.
Chẳng hạn, đối với các nước có khí hậu nóng ẩm nhiệt đới như nước ta thì quá trình bảo
quản rất khó khăn. Ở các nước có độ ẩm thấp như Châu Âu, sẽ dễ dàng bảo quản hơn.
Theo số liệu nghiên cứu của các công ty sản xuất nhiên liệu N/D, có thể tồn chứa bảo
quản được 3 năm kể từ khi pha trộn. Do công nghệ pha trộn dễ dàng, nên không cần thiết
phải tồn chứa quá lâu. Thời gian 3 năm là hợp lý và đủ dài để bảo quản loại nhiên liệu
này. [18]

18


CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
2.1 Nguyên liệu và hóa chất
• Nguyên liệu

Dầu diesel 0.05S độ tinh khiết 99.9%
Nước độ tinh khiết 99.7%
• Hóa chất
Bảng 2.1 Danh sách hóa chất được sử dụng làm thí nghiệm

STT

Tên

Xuất xứ

HLB

1

Span 80

Trung quốc

4,3

2

Span 60

Trung quốc

4.7

3

Tween 20

Trung quốc

16,7

4

Tween 60

Trung quốc

14,9

5

Tween 80

Trung quốc

15

6

n-butanol

Trung quốc

7

7

PEG-400

Trung quốc

11,4

8

Sorbital

Trung quốc

11,6

19


2. 2 Thiết bị và dụng cụ
Bảng 2.2: Danh sách dụng cụ và thiết bị thí nghiệm được sử dụng làm thí nghiệm

ST
T
1
2
3
4
5

6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18

Tên dụng cụ

Số lượng

Máy khuấy cơ 3000 vòng/phút
Máy khuấy cơ 0-2200 vòng/phút
Máy khuấy từ
Becher 500ml
Becher 250ml
Becher 100ml
ống nhỏ giọi
Bóp cao su
Đũa thủy tinh
Pipet 5ml
Pipet 10ml
ống đong 100ml

ống đong 50ml
Tỉ trọng kế 0.8-1 g/ml
Các thiết bi kiểm tra chất lượng sản
phẩm dầu mỏ (petroKiểm Định)
Thiết bị đo khối lượng khói xả động cơ
Máy sấy
Cân kỹ thuật

1
1
4
2
2
2
4
4
2
1
1
1
1
1

20

4
3
1
1

2.3. Chế tạo nhũ tương N/D
Hiện nay có nhiều phương pháp làm sạch nhiện liệu diesel khác nhau, mỗi một
phương pháp đều có ưu nhược điểm khác nhau. Vì vậy chúng em xin đề xuất quy trình
làm sạch nhiên liệu diesel bằng phương pháp nhũ hóa đồng thời khắc phục một số nhược
điểm của phương pháp này.
Diesel

Chất nhũ hóa

Nước

Chất nhũ hóa

Chất ổn định
Co-sufactant

Pha phân tán

Pha liên tục

Nhũ tương N/D
Hình 2.1 Quy trình tổng hợp nhiên liệu nhũ tương N/D

2.3.1 Nghiên cứu, lựa chọn chất tạo nhũ dựa vào thang đo HLB
Đầu tiên, để lựa chọn chất nhũ hoá thích hợp của hệ nhũ nước - nhiên liệu diesel,
phải cho các chất nhũ hoá khác nhau vào pha nước hoặc pha dầu, tuỳ thuộc vào tính tan
của chất nhũ hoá trong nước hay trong dầu. Sau khi cho pha nước phân tán vào pha dầu
đã có chất nhũ hoá, ta tiến hành tạo hệ nhũ và khảo sát tác dụng mỗi loại chất nhũ hoá
đến khả năng tạo nhũ của hệ. Tuy nhiên các chất nhũ hóa có giá trị HLB nằm trong

khoảng từ 3 – 6 đây chính là khoảng giá trị tối ưu nhất để tạo thành nhũ tương nước trong
dầu. Bên cạnh đó, muốn cho hệ nhũ tương ổn định thì cấu trúc của các chất nhũ hóa và
ổn định nhũ phải là những chất có cấu trúc hóa học cồng kềnh, nhiều mạch nhánh (đó
phải là các hợp chất cao phân tử hay các oligomer). Trong quá trình nghiên cứu bằng
thực nghiệm chúng tôi nhận thấy hỗn hợp chất hoạt động bề mặt luôn tạo nhũ tốt hơn một
chất hoạt động bề mặt đơn lẻ, vì vậy nhóm nghiên cứu quyết định tiến hành khảo sát các
cặp chất tạo nhũ khác nhau với tỉ lệ thay đổi theo giá trị HLB tạo nhũ từ 3-6 để quá trình
nhũ hóa xảy ra triệt để hơn.

21


Hỗn hợp chất hoạt động bề mặt: Span 80 Tween 20, Span 80 Tween 60, Span 80
Tween 80, Span 60 Tween 20, Span 60 Tween 60, Span 60 Tween 80, Span 80 Span 60
là hổn hợp chất chất tạo nhũ tiêu biểu được nhóm chọn ra để nghiên cứu bằng thực
nghiệm để chế tạo ra nhũ tương nghịch N/D, Bên cạnh đó tỉ lệ Span/tween, Span/Span
thay đổi theo giá trị HLB từ 4.3 đến 6. Kết hợp với phương pháp xác định thời gian ổn
định nhũ ở nhiệt độ phòng (30±1 oC) để đưa ra lựa chọn hỗn hợp chất tạo nhũ và tỉ lệ chất
tạo nhũ tối ưu nhất (giá trị HLB tạo ưu để tạo nhũ tương nghich hoàn toàn).
2.3.2 Tối ưu hóa quá trình nhũ hóa dựa trên thang đo HLB
Tiến hành tiến trình thí nghiệm với hỗn hợp chất tạo nhũ đã xác định ở phần 2.3.1,
chọn bất kì chất ổn định nhũ từ các chất ổn định như: sorbitol, PEG-400, Tween 20,
Tween 60, Tween 80 … và lựa chọn một trong các co-surfactant sau: etanol, n-propanol,
n-butanol…. Sau đó hiểu chỉnh tỉ lệ hỗn hợp tạo nhũ, chất ổn định nhũ, co-surfactant theo
các giá trị HLB như sau: 6.5, 7, 7.5, 8. Từ đó tìm ra được giá trị HLB tối ưu nhất.
2.3.4 Nghiên cứu lựa chọn chất chất ổn định nhũ
Theo kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả những hạt nhũ trong mẫu không có chất
ổn định thì các hạt nhũ có xu hướng kết mảng tạo kem, còn mẫu có chất ổn định thì các
hạt nhũ phân tán mịn và đẩy nhau và thời gian sa lắng của hai mẫu cũng chênh lệch nhau
theo khả năng phân tán hạt nhũ khá nhiều. Như vậy có thể kết luận rằng nhũ tương có

chất ổn định bền vững hơn nhũ tương không có chất ổn định. Do vậy, tuy đã lựa chọn
được hỗn hợp chất tạo nhũ thích hợp cho việc tạo nhũ tương nghịch N/D, nhưng để độ
bền của nhũ tương được đảm bảo cần phải thêm thành phần chất ổn định. Để lựa chon
chất ổn định, nhóm chúng em tiến hành chế tạo 4 mẫu nhũ tương với chất ổn định: PEG400, sorbitol, Tween 60, Tween 80 và điều chỉnh giá trị HLB của hệ lên giá trị gần bằng
7 kết hợp với khuấy ở nhiệt độ 35oC, thời gian khuấy khoảng 20 phút.
Mẫu nhũ tương sau khi hình thành được bảo quản ở nhiệt độ phòng để xác định
thời gian ổn định từ đó chọn được chất ổn định thích hợp.
2.3.5 Nghiên cứu xác định hàm lượng chất tạo nhũ
Sau khi xác định được thành phần các chất có trong hệ micro nhũ tương N/D,
nhóm nghiên cứu tiếp tục khảo sát hàm lượng hỗn hợp chất tạo nhũ từ đó một cách gián
tiếp ta có thể biết được hàm lượng chất ổn định nhũ. Theo kết quả nghiên cứu của D.
Nagasamy Venkatesh (2014) [1] thì hàm lượng chất tạo nhũ trong hệ micro nhũ tương
phải nhỏ hơn 6%, do vậy nhóm nghiên cứu tiến hành khảo sát hàm lượng chất tạo nhũ từ
2-10% kết hợp với thời gian ổn định nhũ ở nhiệt độ phòng và thời gian ổn định do sốc
nhiệt để kết luận được hàm lượng chất tạo nhũ tối ưu để quá trinh nhũ hóa hoàn toàn.
2.3.6 Nghiên cứu xác định hàm lượng co-surfactant

22


Như đã trình bày ở chương 1, co-surfactant có vai trò quan trọng trong việc hình
thành micro nhũ tương một cách triệt để. Tuy nhiên có nhiều loại co-surfactant khác nhau
như: methanol, etanol, n-propanol, n-butanol và n-pentanol… [1] [2]
Dựa vào độ tan trong nước của butanol (73 g/l) nhóm nghiên cứu tiến hành thực
nghiệm các giá trị hàm lượng butanol từ chưa bão hòa đến bão hòa rồi quá bão hòa, từ đó
xác định được hàm lượng n-butanol thích hợp thông qua thời gian ổn định nhũ ở nhiệt độ
phòng.
2.3.7 Nghiên cứu xác định hàm lượng nước
Nhược điểm của phương pháp làm sạch nhiên liệu diesel bằng phương pháp nhũ
hóa là phải nghiên cứu xem lượng nước đưa vào là bao nhiêu để không ảnh hưởng đến

các chỉ tiêu khác của nhiên liệu và động cơ. Dựa vào giản đồ pha ba cấu tử [2] để hình
thành micro nhũ tương thì hàm lượng nước phải nhỏ hơn 15% do vậy nhóm nghiên cứu
sẽ khảo sát hàm lượng nước từ 5÷15% bằng cách cố định các giá trị hàm lượng hỗn hợp
chất tạo nhũ, chất ổn định nhũ, chất co - surfactant, và thay đổi giá trị hàm lượng nước
2.3.8 Khảo sát tốc độ khuấy
Kích thước hạt ảnh hưởng đến thời gian ổn định nhũ, đối với các mẫu nhũ tương
có kích thước hạt lớn, các hạt nhũ có xu hướng kết dính lại với nhau nên nhũ tương dễ
dàng bị tách pha nhưng các hạt nhũ tương nhỏ, phân tán đồng đều giữa các hạt thì nhũ
tương lại bền vững hơn các mẫu nhũ tương có kích thước hạt lớn hơn. Do đó nhóm
nghiên cứu tiến hành khảo sát tốc độ khuấy của máy khuấy cơ như sau: Tiến hành chế tạo
4 mẫu nhũ tương nghịch có hàm lượng hóa chất theo đúng thành phần của mẫu nhũ
tương có hàm lượng các chất nhũ hóa, chất ổn định, co-surfactant theo đúng các kết quả
đã nghiên cứu nhưng thay đổi tốc độ của máy khuấy cơ theo thứ tự 1000 vòng/phút, 1500
vòng/phút, 2000 vòng/phút, và 3000 vòng/phút với khoảng thời gian khuấy 20 phút. Từ
kết quả đo kích thước hạt và thời gian ổn định nhũ ở nhiệt độ phòng và sốc nhiệt để suy
ra tốc độ khuấy thích hợp.
2.3.9 Khảo sát thời gian khuấy
Thời gian khuấy có ảnh hưởng rất lớn đến hệ nhũ tương. Dưới điều kiện nhũ hóa
bình thường, thời gian khuấy trộn sẽ ảnh hưởng tới kích thước hạt nhũ, độ ổn định của
nhũ tương. Hơn nữa với thời gian khuấy quá lâu có thể dẫn đến hiện tượng đảo pha. Do
đó nhóm nghiên cứu tiếp tục khỏa sát thời gian khuấy để nhũ tương nghịch N/D hoàn
thiện hơn. Tiến hành chế tạo 5 mẫu nhũ tương nghịch có hàm lượng hóa chất theo đúng
thành phần của mẫu nhũ tương có hàm lượng các chất nhũ hóa, chất ổn định, cosurfactant theo đúng các kết quả đã nghiên cứu. Thời gian khuấy trộn các mẫu nhũ được
thay đổi theo thứ tự từ 10 phút, 15 phút, 20 phút, 30 phút và 40 phút với tốc độ khuấy

23


trộn 3000 vòng/phút. Bằng phương pháp xác định độ bền nhũ có thể xác định được
khoảng thời gian khuấy tối ưu để tạo nhũ tương bền nhất.

2.4 Phương pháp xác định chỉ tiêu chất lượng nhũ tương nghịch N/D
2.4.1 Phương pháp xác định thời gian ổn định nhũ
2.4.1.1 Nguyên tắc
Thời gian ổn định nhũ được xác định bằng sự sa lắng của nhũ tương. Thời gian ổn
định được tính từ lúc tạo thành cho đến khi những hạt nhũ có hiện tượng sa lắng.
2.4.1.2 Cách tiến hành
Sau khi micro nhũ tương N/D được hình thành thì được chia làm 02 mẫu để kiểm
định sự ổn định của nhũ.
Mẫu 1: Được bảo quản ở nhiệt độ phòng (30 ± 10C)
Mẫu 2: Hệ micro nhũ tương được làm lạnh ở nhiệt độ 4 – 80C sau đó nâng lên 600C
Từ đó xác định được mẫu tối ưu nhất và thời gian ổn định nhũ tương N/D lâu nhất
2.4.2 Phương pháp xác định độ nhớt theo tiêu chuẩn ASTM D445
2.4.2.1 Nguyên tắc
Đo thời gian (tính bằng giây) của một thể tích xác định của chất lỏng chảy qua
mao quản của nhớt kế chuẩn, dưới tác dụng của trọng lực ở nhiệt độ xác định. Độ nhớt
động học là tích số của thời gian chảy đo được và hằng số hiệu chuẩn của nhớt kế. [12]
[13]
2.4.2.2 Cách tiến hành
a. Dụng cụ và hóa chất
Nhớt kế mao quản thủy tinh phù hợp với độ nhớt, nhiệt độ đo của mẫu xác định;
Bóp cao su; Đồng hồ bấm giây; Bể ổn nhiệt.
Hóa chất: nguyên liệu nhũ hóa N/D…dùng làm mẫu, axeton dùng tráng rửa nhớt kế.[12]
[13]
b. Các bước tiến hành
Bước 1: chuẩn bị hệ thống
Giữ nhiệt độ bể điều nhiệt ổn định ở 40 oC.Nhớt kế đã được nạp mẫu giữ trong bể điều
nhiệt khoảng 30 phút để đảm bảo đạt đến nhiệt độ cần xác định độ nhớt.
Bước 2: Tiến hành đo độ nhớt
Đối với nhớt kế mao quản loại R: Dùng bóp cao su đẩy cho mực chất lỏng trong mao
quản nhánh L xuống thấp hơn vị trí vạch E khoảng 5 mm. Để chất lỏng chảy tự do và

dùng đồng hồ bấm giây xác định thời gian chất lỏng chảy từ vị trí vạch E lên đến vị trí
vạch F. Ghi khoảng thời gian chảy giữa hai vạch này để tính độ nhớt. Ghi các số liệu để
đưa vào tính toán.

24


Đối với nhớt kế mao quản loại C: Dùng bóp cao su đẩy cho mực chất lỏng trong mao
quản nhánh I lên trên vị trí vạch C khoảng 5 mm. Để chất lỏng chảy tự do và dùng đồng
hồ bấm giây xác định thời gian chất lỏng chảy từ vị trí vạch C xuống vị trí vạch E. Ghi
khoảng thời gian chảy giữa hai vạch này để tính độ nhớt. Ghi các số liệu để đưa vào tính
toán.
Bước 3: Xử lý mẫu và dụng cụ thí nghiệm
Mẫu được đổ vào nơi qui định. Nhớt kế được rửa nhiều bằng dung môi là toluen hoặc
xylen. Dùng pipét lấy khoảng 10ml dung môi cho vào nhớt kế, dùng bóp cao su hút đẩy
rửa sạch mẫu trong nhớt kế nhiều lần. Tráng lại bằng dung môi Axeton rồi sấy khô. [12]
[13]
2.4.3 Phương pháp xác định tỉ trọng theo tiêu chuẩn ASTM D1298
2.4.3.1 Nguyên tắc
Dựa trên cơ sở định luật Acsimet. Sự nổi lên của phù kế trong lòng một chất lỏng
phụ thuộc vào tỷ trọng của chất lỏng đó. Tỷ trọng được xác định theo mép tiếp xúc của
bề mặt chất lỏng và thang chia độ trên phù kế. [12][13]
2.4.3.2 Cách tiến hành
a. Dụng cụ và hóa chất
Dụng cụ: Phù kế
Hóa chất: Nhiên liệu nhũ hóa N/D.
b. Các bước tiến hành
Bước 1: Cho từ từ phù kế sạch và khô vào mẫu.Chú ý sao cho phù kế không chạm
vào thành trong của ống đong.
Bước 2: Cầm phía trên tỷ trọng kế rồi thả từ từ vào ống đong đựng mẫu. Tránh để

mẫu thấm ướt phần không chìm của tỷ trọng kế.
Bước 3: Dùng nhiệt kế khuấy mẫu liên tục (tránh để mẫu thấm ướt phần không
chìm của tỷ trọng kế). Khi nhiệt độ đạt cân bằng, ghi nhiệt độ của mẫu và lấy nhiệt kế ra.
Bước 4: Kéo tỷ trọng kế lên khỏi chất lỏng khoảng 2 vạch chia và sau đó thả
xuống. Để cho tỷ trọng kế nổi tự do, tránh chạm vào thành ống đong.
Bước 5: Khi tỷ trọng kế đứng yên, đặt mắt ở vị trí hơi thấp hơn mực chất lỏng và
đưa lên từ từ cho đến khi ngang bằng với mặt thoáng của chất lỏng rồi ghi giá trị đọc
được trên thang chia tỷ trọng kế.Ngay sau đó lại dùng nhiệt kế khuấy cẩn thận rồi ghi
nhiệt độ của mẫu thử. Nếu nhiệt độ này khác với nhiệt độ trước hơn 0,5 0C; đo lại tỷ
trọng. Tiến hành thí nghiệm hai lần.
Bước 6: Sau khi đo tỷ trọng xong, lấy tỷ trọng ra lau bằng khăn mềm hoặc giấy
mềm, cất vào họp đựng tỷ trọng, tránh vỡ tỷ trọng. [12][13]

25