Tài liệu Nghiên cứu các phương pháp tách cặn dầu ra khỏi dung dịch chất tẩy rửa từ bồn bể chứa

  • Số trang: 56 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 59 |
  • Lượt tải: 0
bangnguyen-hoai

Đã đăng 3509 tài liệu

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG…………………. Đồ án Nghiên cứu các phương pháp tách cặn dầu ra khỏi dung dịch chất tẩy rửa từ bồn bể chứa Đồ án tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Tham gia nghiên cứu khoa học là ước mơ của mọi sinh viên, nhất là sinh viên ngành hoá vì đây là con đường ngắn nhất để tiếp cận với thực tiễn. Trong quá trình thực hiện đề tài tốt nghiệp, em có may mắn được làm trong nhóm nghiên cứu của GS. TS. Đinh Thị Ngọ. Dưới sự hướng dẫn tận tình của cô, em đã được tiếp cận với nguồn tài liệu phong phú, được định hướng tư duy khoa học tiên tiến. Đây là hành trang, thuận lợi khi tốt nghiệp, là tiền đề để em trở thành một kỹ sư tốt trong công cuộc xây dựng đất nước XHCN. Em chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, quan tâm, nhắc nhở của cô! Em chân thành cảm ơn cô đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành bản đồ án này! Em chân thành cảm ơn sự động viên, khích lệ của gia đình và bạn bè trong suốt quá trình thực hiện đồ án này! Nguyễn Thị Ngọc Hương 1 HD1001 Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 4 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ...................................................... 5 I.Tổng quan về chất tẩy rửa. .................................................................................. 5 I.1. Thành phần chất tẩy rửa. ................................................................................. 5 I.1.1. Thành phần của các chất tẩy rửa thông thường. .......................................... 5 I.2. Thành phần chất tẩy rửa cặn xăng dầu. ........................................................ 17 I.2.1. Tinh dầu thông. .......................................................................................... 17 I.2.2. Axit dicacboxylic. ...................................................................................... 19 I.2.3. Chất hoạt động bề mặt. .............................................................................. 22 II. Tổng quan về cặn dầu. .................................................................................... 24 II.1. Tác hại của cặn dầu. .................................................................................... 24 II.2. Nguồn gốc phát sinh cặn dầu....................................................................... 25 II.3. Thành phần của cặn dầu .............................................................................. 29 III. Tổng quan về chất điện ly. ............................................................................ 32 III.1. Mối quan hệ giữa độ tẩy rửa và điện thế Zeta............................................ 32 III.2. Ảnh hưởng của chất điện ly đến điện thế zeta. .......................................... 32 CHƢƠNG II: THỰC NGHIỆM ...................................................................... 34 I. Tách cặn dầu từ dung dịch chất tẩy rửa. .......................................................... 34 I.1. Nguyên tắc. ................................................................................................... 34 I.2. Hoá chất và dụng cụ. ..................................................................................... 34 I.2.1. Hoá chất ..................................................................................................... 34 I.2.2. Thiết bị và dụng cụ .................................................................................... 35 I.3. Cách tiến hành............................................................................................... 35 I.3.1 Khảo sát hiệu suất tách theo nhiệt độ. ........................................................ 35 I.3.2 Khảo sát hiệu suất tách theo tốc độ sục khí khác nhau............................... 35 I.3.3. Khảo sát hiệu suất tách khi sử dụng các chất điện ly khác nhau. .............. 35 I.3.4. Khảo sát hiệu suất tách khi sục khí và sử dụng các chất điện ly khác nhau. ............................................................................................................................. 36 II. Xác định thành phần cặn dầu bằng phương pháp hoá học. ............................ 37 II.1. Chưng cất tách nước .................................................................................... 37 II.1.1. Nguyên tắc ................................................................................................ 38 II.1.2. Dụng cụ và hoá chất ................................................................................. 38 II.1.3. Quy trình tiến hành ................................................................................... 38 II.1.4. Tính toán kết quả ...................................................................................... 39 II.2. Xác định các tạp chất cơ học và cacbonit bằng phương pháp trích ly ........ 40 II.2.1. Định nghĩa ................................................................................................ 40 II.2.2. Nguyên tắc ................................................................................................ 40 II.2.3. Dụng cụ và hoá chất ................................................................................. 40 II.2.4. Quy trình tiến hành ................................................................................... 40 II.2.5. Tính toán kết quả ...................................................................................... 41 Nguyễn Thị Ngọc Hương 2 HD1001 Đồ án tốt nghiệp II.3. Xác định asphanten...................................................................................... 41 II.3.1. Nguyên tắc ................................................................................................ 41 II.3.2. Quy trình tiến hành ................................................................................... 41 II.3.3. Tính toán kết quả ...................................................................................... 41 II.4. Xác định hàm lượng nhựa ........................................................................... 42 II.4.1. Nguyên tắc ................................................................................................ 42 II.4.2. Quy trình tiến hành ................................................................................... 42 II.4.3. Tính toán kết quả ...................................................................................... 42 CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................ 43 I. Thành phần của cặn dầu................................................................................... 43 I.1. Kết luận về thành phần cặn dầu. ................................................................... 43 I.2. Ảnh hưởng của cặn dầu đến bản chất nhiên liệu. ......................................... 43 II. Vai trò, ý nghĩa của việc thu hồi cặn dầu. ...................................................... 44 III. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tách dầu. .............................................. 44 III.1. Biện luận về sự cần thiết của việc sử dụng chất tẩy rửa. ........................... 44 III.2. Khảo sát các phương pháp thu hồi cặn dầu................................................ 45 III.2.1. Thu hồi cặn dầu bằng phương pháp để lắng. .......................................... 45 III.2.2. Thu hồi cặn dầu bằng phương pháp sục khí. .......................................... 47 III.2.3. Thu hồi cặn dầu bằng phương pháp sử dụng chất điện ly, không sục khí. ............................................................................................................................. 48 III.2.4. Thu hồi cặn dầu bằng phương pháp sử dụng chất điện ly, có sục khí. ... 50 III.2.5. Kết luận về các phương pháp thu hồi cặn dầu. ....................................... 52 KẾT LUẬN ........................................................................................................ 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 55 Nguyễn Thị Ngọc Hương 3 HD1001 Đồ án tốt nghiệp MỞ ĐẦU Trong thời kỳ hiện nay, khi đất nước đang cùng hòa nhập với chủ trương công nghiệp, hiện đại hóa, các khu công nghiệp ngày càng nhiều, trong đó dầu khí đóng một vai trò chủ đạo trong chiến lược phát triển kinh tế của đất nước. Tốc độ của các nghành công nghiệp nói chung và của nghành dầu khí nói riêng đang có sự phát triển vượt bậc. Chính phủ đã xác định nghành dầu khí là “ trụ cột kinh tế của cả nước”. Nhà máy lọc dầu Dung Quất đã đi vào hoạt động, nhà máy lọc dầu Nghi Sơn, Long Sơn đang từng bước hình thành. Kéo theo đó là hàng loạt những nhà máy, cụm cảng biển, kho bãi đã, đang và sẽ xây dựng. Một trong những vấn đề quan tâm của ngành dầu khí nước ta hiện nay là xử lý cặn bùn, cặn dầu sinh ra trong quá trình khai thác, chế biến, tồn chứa và vận chuyển. Theo ước tính hệ số phát sinh cặn dầu cho một tấn dầu mỏ vào khoảng 7 kg/tấn. Như vậy với sản lượng dầu mỏ của nước ta khai thác năm 1997 là 10 triệu tấn/ năm thì lượng cặn tích tụ hàng năm là 70000 tấn/ năm. Cặn dầu là phần dầu nặng có lẫn một số tạp chất cơ học bám vào hoặc sa lắng xuống đáy của thiết bị tồn chứa hoặc vận chuyển. Lớp trên cùng là nhũ tương của nước với sản phẩm dầu mỏ, lớp giữa là sản phẩm dầu mỏ bẩn và các hạt cơ lửng, lớp đáy chiếm 3/4 là pha rắn và sản phẩm dầu mỏ. Theo cơ quan quản lý tàu dầu Vietsovpetro thì hàng năm có khoảng 1500 – 6000 tấn cặn dầu thu gom từ quá trình vệ sinh tàu dầu được vận chuyển ra Đà Nẵng chờ xử lý. Việc làm sạch bề mặt bị bám dầu là rất khó khăn và mất thời gian. Hiện nay cũng có một số phương pháp làm sạch như gia nhiệt hay sử dụng dung môi là các hydrocacbon để hoà tan hoặc làm mềm, sau đó dùng bơm áp lực để phun hoặc dùng sức người để nạo vét. Hiệu quả của các phương pháp này không cao, chi phí lớn, không an toàn cho người lao động và đặc biệt là làm ô nhiễm môi trường. Vì vậy tìm một phương pháp để làm sạch các bể mặt nhiễm bẩn dầu một cách hiệu quả là rất quan trọng. Một phương pháp hiện nay được đưa ra nghiên cứu đó là sử dụng chất tẩy rửa. Phương pháp này có ưu điểm là không gây độc hại, đơn giản, ít tốn kém và góp phần bảo vệ môi trường. Một vấn đề đặt ra là xử lý hỗn hợp sau quá trình tẩy rửa cặn dầu từ bồn, bể chứa để thu hồi tối đa lượng cặn dầu. Lượng cặn này sẽ được đem ô xi hoá để tạo bitum, cracking để tạo nhiên liệu. Phần nước thải sau đó chứa càng ít cặn dầu thì càng dễ dàng xử lý. Như vậy, nghiên cứu các phương pháp tối ưu để thu hồi cặn dầu từ hỗn hợp sau quá trình tẩy rửa bồn bể chứa không chỉ mang ý nghĩa kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường, giúp cho ngành công nghiệp của Việt Nam phát triển theo hướng xanh - sạch. Và đó cũng là vấn đề chúng tôi nghiên cứu trong bản đồ án này. Nguyễn Thị Ngọc Hương 4 HD1001 Đồ án tốt nghiệp CHƢƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT I. Tổng quan về chất tẩy rửa. [8] I.1. Thành phần chất tẩy rửa. I.1.1. Thành phần của các chất tẩy rửa thông thường. Thành phần chính của chất tẩy dùng trong sinh hoạt và trong công nghiệp bao gồm các nhóm chính như sau:  Chất hoạt động bề mặt.  Chất phụ gia.  Chất xây dựng. Mỗi thành phần trong chất tẩy rửa đều có những chức năng riêng trong quá trình tẩy rửa, tuy nhiên chúng vẫn có ảnh hưởng qua lại lẫn nhau. Ngoài các thành phần chính trên, tuỳ thuộc vào quá trình sử dụng mà ta có thể cho thêm vào các chất phụ gia hoặc bớt những thành phần không cần thiết. a. Chất hoạt động bề mặt [4, 5].  Giới thiệu về chất hoạt động bề mặt Nhiệm vụ của chất hoạt động bề mặt (HĐBM) là đảm bảo sự tẩy đi các vết bẩn và những chất lơ lửng trong nước giặt để ngăn cản sự bám trở lại của chúng trên bề mặt. Nó chiếm vai trò quan trọng nhất trong thành phần chất tẩy rửa và có mặt ở tất cả các chất tẩy rửa.  Các chất HĐBM có thể được phân thành bốn loại, căn cứ vào bản chất của nhóm chức ưa nước và ion phân ly trong môi trường nước:  Chất HĐBM anion, mang điện tích âm.  Chất HĐBM cation, mang điện tích dương.  Chất hoạt động không ion.  Chất HĐBM lưỡng ion, có điện tích âm hoặc dương tuỳ thuộc vào PH của môi trường.  Chất HĐBM thường cấu tạo bởi hai phần:  Phần có cực: đó là các nhóm chức có cực: -COOH, -CONH2, C6H4SO3, SO3, vv…Các nhóm này liên kết mạnh với dung môi có cực (như H2O …) nên phần có cực này được gọi là: đầu ưa cực (với dung môi là nước thì được gọi là đầu ưa nước).  Phần không cực: đó là các gốc hydrocacbon. Các gốc này liên kết tốt với các dung môi không cực, nên được gọi là đuôi không cực, hoặc đuôi ưa dầu. Nguyễn Thị Ngọc Hương 5 HD1001 Đồ án tốt nghiệp Một chất hoạt động bề mặt gồm hai nhóm ưa nước và ưa dầu kết hợp với nhau trong phân tử, nên được gọi là chất HĐBM lưỡng chức. Người ta thường ký hiệu các chất HĐBM theo kiểu như sau: đuôi kỵ nước (không cực) đuôi ưa nước (có cực) Ngoài ra người ta có thể đánh dấu thêm bằng các ký hiệu: + Chất HĐBM cation Chất HĐBM anion + Chất HĐBM lưỡng ion Chất HĐBM không ion ở bề mặt của một chất lỏng phân cực, các chất HĐBM lưỡng chức định hướng vuông góc với bề mặt, sao cho nhóm ưa nước nằm ở bề mặt, nhóm kị nước hướng ra ngoài bề mặt tạo ra một màng lỏng. Hình 1.1. Sự phân bố chất HĐBM trong nước Sự lựa chọn chất HĐBM dùng trong sản phẩm tẩy rửa có thể khác nhau, song một chất HĐBM phù hợp cho việc tẩy rửa được mong muốn có các đặc tính sau: hấp phụ chọn lọc, tách được các chất bẩn, độ nhậy cảm với nước cứng thấp, có tính chất phân bố, có khả năng chống chất bẩn tái bám trở lại, tính thấm ướt tốt, Nguyễn Thị Ngọc Hương 6 HD1001 Đồ án tốt nghiệp tính hoà tan cao, có đặc tính tạo bọt mong muốn, mùi thích hợp, bảo quản được lâu, không độc hại đối với người sử dụng, không làm ảnh hưởng đến môi trường, nguồn nguyên liệu dễ kiếm, tính kinh tế. Hiện nay, nhiều nhà chế tạo sử dụng những chất HĐBM có lợi hơn đối với môi trường, nghĩa là những chất có tính phân huỷ sinh học nhiều hơn như: những rượu béo có sunfat gốc dầu thực vật (PAS), những alkyl poly glycozit (APG), các alkyl glucosamit …  Một số chất HĐBM chính dùng trong các sản phẩm tẩy rửa.  Các chất HĐBM anion. Các chất HĐBM mặt hiện đại chứa một lượng chất HĐBM anion lớn hơn chất HĐBM không ion. Dưới đây là các chất HĐBM anion được sử dụng rộng rãi trong thành phần các chất tẩy rửa.  Alkyl benzensunfonat mạch nhánh (ABS). Cấu trúc hoá học: H3C CH3 CH3 C C H2C CH3 CH2 C CH3 CH3 CH3 SO3- Cho đến những năm 1960 nó được sử dụng rộng rãi nhất. Các chất này đã thay thế phần lớn xà phòng có mặt trong chất tẩy rửa, nhưng sau đó người ta phát hiện ra rằng những mạch nhánh có trong phân tử ABS đã ngăn cản việc phân huỷ sinh học. Vì vậy người ta đã tiến hành tìm kiếm một hợp chất khác có khả năng phân huỷ sinh học tốt hơn và hợp chất linear alkyl benzensunfonat đã thay thế cho ABS.  Alkyl benzensunfonat mạch thẳng (LAS). Cấu trúc hoá học: Nguyễn Thị Ngọc Hương 7 HD1001 Đồ án tốt nghiệp CH3 – (CH2)n – CH – (CH2)n – CH3 SO3Na LAS có đặc tính tạo bọt tốt, thích hợp cho thành phần của chất tẩy rửa, ngoài ra tính tạo bọt của LAS còn dễ dàng được điều chỉnh và điều này rất có giá trị đối với thị trường chất tẩy rửa ở một số nơi. Do tính hoà tan tốt, LAS cũng được sử dụng trong thành phần chất tẩy rửa dạng lỏng, tuy nhiên LAS là chất rất nhạy cảm với nước cứng. Tính tẩy rửa của LAS sẽ giảm khi độ cứng của nước tăng lên.  Parafin sunfonat (SAS). Cấu trúc hóa học: R1 CH R2 SO3Na Trong đó: R1 + R2 = C11 C12 Hiện nay các sản phẩm này chưa được sử dụng nhiều trong các thành phần bột giặt vì giá bán của nó còn cao. SAS có đặc tính tẩy rửa gần giống với LAS. Tuy nhiên SAS không nhạy cảm với nước cứng đó chính là vì trong phân tử của SAS tồn tại liên kết S – C.  Sulfat rượu bậc một (PAS). R – CH2 – O – SO3 – Na trong đó R = C11 C12 Các sản phẩm được chế tạo bằng cách hoặc sunfat hoá các rượu béo (thiên nhiên hay nhân tạo) với hỗn hợp không khí / SO3 theo phản ứng sau: R – OH + SO3 R – O – SO3H PAS có khả năng phân huỷ sinh học và có khả năng tái sinh được.  Các alkylpolyglucozit (APG). Nguyễn Thị Ngọc Hương 8 HD1001 Đồ án tốt nghiệp Công thức hoá học của chúng là: CH2 - OH O H OH O O R n OH Các sản phẩm APG được dùng trong các công thức bột, nhưng thường là trong các sản phẩm lỏng, nước rửa chén hoặc gel tắm vòi. Chúng rất dễ chịu với da, hơn nữa chúng dễ phân huỷ sinh học. Sự tổng hợp chúng được thực hiện từ các sản phẩm hoàn toàn có thể tái sinh (rượu thiên nhiên và glucoza).  Các chất HĐBM không ion. Chất HĐBM không ion có một số tính chất sau:  Không có tính tương tác điện tử.  Thay đổi với sự có mặt của các chất điện phân.  Có thể điều chỉnh thông số kị nước – ưa nước mong muốn.  Có tính hoà tan khác thường. ưu điểm của chất HĐBM loại này là phân tử của nó dễ dàng đạt được cấu trúc giữa nhóm ưa nước và nhóm kị nước. Nhóm ưa nước của phân tử có thể làm tăng lên dần dần bằng cách cho dần các nhóm etylen oxyt. Điều này dẫn đến tăng từng bước trong phản ứng hydrat hoá và do đó làm tăng tính hoà tan. Một vài chất HĐBM không ion như: alkyl phenol polyglycol ete (APEO), alkyl polyglycol ete (AEO), các amin oxyt.  Chất HĐBM cation Chất HĐBM cation được coi là chất đối nghịch với chất HĐBM anion dựa trên mối quan hệ điện tích. Một lượng nhỏ chất HĐBM cation thêm vào chất HĐBM anion hay thậm chí là chất HĐBM không ion có thể sẽ nâng cao việc thực hiện quá trình tẩy rửa. Các chất HĐBM không ion cho phép sự có mặt của chất cation và hỗn hợp của hai loại này được sử dụng cho chất tẩy rửa đặc biệt là để làm mềm sợi vải. Một số chất HĐBM cation tiêu biểu như: Dialkyl dimetyl amino clorua (DADMAC), các imidazoli bậc bốn sử dụng như là các chất làm mền đậm đặc, alkyl dimetyl benzyl amino clorua (AMBAC).  Chất HĐBM lưỡng tính. Nguyễn Thị Ngọc Hương 9 HD1001 Đồ án tốt nghiệp Các chất lưỡng tính là những chất cation ở pH thấp và là những anion ở pH cao. Ở pH trung gian chúng vừa tích điện âm vừa tích điện dương. Hợp chất của alkyl betaine hoặc alkylsunfo betaine là hợp chất có cả hai nhóm cation và anion trong cùng một phân tử. Mặc dù có tính tẩy rửa rất tốt nhưng chúng chỉ được áp dụng cho một số trường hợp tẩy rửa đặc biệt vì giá thành cao. CH3 R N+ O R N+ CH2 C CH3 CH3 O Alkyl betaine CH2 CH2 SO3 CH3 alkyl sunfo betaine Trong đó: R = C12 C18 Ngoài ra còn có Alkyl amino propyl betaine là sản phẩm thường dùng cho các loại dầu gội đầu, nước tắm có bọt, sản phẩm rửa chén bát … do chúng có đặc tính tẩy rửa cao, khả năng tạo bọt tốt mà không gây hại cho da.  Đặc tính lý hoá của chất HĐBM.  Sức căng bề mặt: Giữa các phân tử tồn tại lực hút Van der Waals. Trong một chất lỏng cho sẵn, một phân tử riêng biệt cứ mỗi lúc lại ở vào vị trí trung tâm của một trường lực giữa những lực hấp dẫn khác nhau, mang dạng hình cầu đối xứng, trường lực này được tạo nên bởi các phân tử đối diện. Hợp lực của các lực Van der Waals này bằng không. Nhưng trên bề mặt chất lỏng thì các phân tử lại bị đặt vào một trường lực không đối xứng. Các phân tử ở trên bề mặt chất lỏng chịu tác dụng bởi một tập hợp lực có khuynh hướng đẩy các phân tử này về phía bên trong, hợp lực này có tác dụng thu nhỏ bề mặt tiếp giáp với không khí. Chẳng hạn lực này sẽ tạo hình cầu khi một giọt nước rơi tự do trong chân không. Trường lực không cân đối ở bề mặt chất lỏng có thể được tượng trưng bởi một lượng “năng lượng tự do bề mặt”. Năng lượng này có khuynh hướng làm mặt phẳng co lại. Ngược lại, một công tương đương với năng lượng tự do này phải được cung cấp nếu ta muốn tăng phạm vi bề mặt. Năng lượng tự do tính trên một đơn vị diện tích tự do bề mặt được gọi là sức căng bề mặt.  Sức căng giao diện: Trong trường hợp hai chất lỏng không thể tan lẫn, hay giữa một chất rắn và một chất lỏng. Ranh giới tách biệt giữa hai chất này được gọi là giao diện, có các điểm chung với bề mặt phân chia giữa một chất lỏng và một chất khí. Cứ Nguyễn Thị Ngọc Hương 10 HD1001 Đồ án tốt nghiệp một đơn vị diện tích kèm theo một năng lượng tự do. Năng lượng tự do này được biểu diễn bằng Joule trên đơn vị diện tích được gọi là sức căng giao diện. Về mặt toán học, năng lượng và sức căng giao diện tương đương với một lực (sức căng) trên một đơn vị chiều dài. Sức căng bề mặt chỉ là trường hợp cá biệt của sức căng giao diện giữa một chất lỏng và một chất khí.  Mixen và nồng độ mixen tới hạn CMC. Các chất HĐBM khác hẳn với các phân tử hoà tan khác bởi những đặc tính riêng của chúng trong dung dịch nước. Khi vượt quá một nồng độ nào đó của chất HĐBM, các phân tử hợp lại tạo nên các mixen. Sự tạo thành các mixen được giải thích như sau: các phân tử chất HĐBM bao gồm một phần ưa nước và một phần kị nước, hấp phụ một cách mạnh mẽ ở các giao diện. Điều này diễn ra là do ở các giao diện, phần kị nước ở trong một môi trường thuận lợi hơn trong dung dịch, nơi đó bị bao quanh bởi những phân tử nước. Cũng vì lý do đó, trong nước các phân tử này hợp lại thành các mixen, vì trong trạng thái kết tụ, những phần kị nước ở trong một hoàn cảnh thuận lợi hơn về mặt năng lượng và hệ thống ổn định hơn. Sự hình thành các mixen làm phát sinh các “dạng dị thường” trong đặc tính vật lý và điện học của các dung dịch chất HĐBM. Vì thế, khi người ta tăng nồng độ chất HĐBM, một vài đặc tính sẽ thay đổi đột ngột. Những sự thay đổi này là do các mixen được hình thành bất ngờ. Nồng độ phù hợp với việc hình thành các mixen này được gọi là nồng độ mixen tới hạn (CMC). Người ta xác định được những nồng độ này bằng cách vạch ra sự biến đổi của một đặc tính vật lý theo nồng độ của chất HĐBM. Giao điểm của hai phần thẳng của đường biểu diễn cho ta nồng độ mixen tới hạn.  Đặc tính lý hoá của những tác nhân bề mặt. Một trong những đặc tính quan trọng của các tác nhân bề mặt là khả năng hấp thụ của chúng tại các giao diện. Tác dụng hấp thụ này làm thay đổi sâu sắc các sức căng giao diện. Việc hấp thụ các tác nhân hoạt động bề mặt ở giao diện nước / khí làm giảm sức căng bề mặt của nước. Tại giao diện chất rắn / lỏng hay lỏng / lỏng, sự hấp thụ của những tác nhân bề mặt có tác dụng làm giảm sức căng giao diện của sợi hay của vết bẩn ở dạng hạt so với nước. Trái lại, sức căng giao diện sợi / vết bẩn dạng hạt lại tăng lên. Tóm lại, sự hấp thụ các tác nhân bề mặt ở giao diện có tác dụng:  Giảm sức căng giao diện khí / nước được gọi là sức căng bề mặt.  Giảm sức căng giao diện sợi / nước và vết bẩn / nước.  Tăng sức căng giao diện sợi / vết bẩn. Việc giảm sức căng giao diện được thể hiện cụ thể bởi “tính làm ướt”. Cho nên, nếu người ta đặt nước tinh khiết trên một sợi nào đó, nước này có khuynh Nguyễn Thị Ngọc Hương 11 HD1001 Đồ án tốt nghiệp hướng co lại bởi vì sức căng bề mặt lớn. Nhưng nếu người ta thêm một lượng chất HĐBM vào nước, sức căng bề mặt của nước giảm, lúc đó nước được trải rộng ra trên sợi: người ta nói nước làm ướt sợi.  Sự hình thành các mixen. Một đặc tính đặc biệt của những dung dịch hoạt động bề mặt là khả năng làm tăng độ hoà tan một vài chất hữu có thực tế không tan trong nước. Hiện tượng này gọi là hiện tượng hoà tan hoá, diễn ra do việc hội nhập các chất hữu cơ này vào trong các mixen của các chất HĐBM. Các phân tử đã bị hoà tan được hội nhập vào trong các mixen theo ba cách khác nhau: Phân tử không cực Phân tử bán cực Phân tử có cực Hình1.2. Sự hoà tan hoá trong các mixen Các phân tử không phân cực ở bên trong các mixen, không tiếp xúc với nước. Các phân tử bán cực được hội nhập vào cùng một cách thức như phân tử của những tác nhân HĐBM. Các phân tử có cực ở bên ngoài của mixen. Sự hoà tan tùy thuộc vào số lượng và kích thước của các mixen. Càng có nhiều mixen trong dung dịch, sự hoà tan hoá càng quan trọng. Mặt khác người ta giả thiết rằng các mixen cỡ lớn có khả năng hoà tan các chất hữu cơ tốt hơn. b. Những chất xây dựng [4, 5]. Chất xây dựng đóng vai trò trung tâm trong quá trình tẩy rửa. Tác dụng của nó là làm tăng khả năng tẩy rửa và loại bỏ ảnh hưởng của các ion Ca 2+ và Mg2+. Các chất xây dựng bao gồm một vài loại như: các hợp chất kim loại kiềm như natri cacbonat và natri silicat, các phức hợp như natri diphosphat, natri triphosphat hoặc natrilotriaxetic axit (NTA) và các chất trao đổi ion như axit polyanboxylic, zeolit (zeolit 4A).  Một chất xây dựng hiện đại phải có được các tính chất sau:  Loại bỏ được ảnh hưởng của các kim loại kiềm thổ từ nước, vải, bề mặt nhiểm bẩn, chất bẩn. Nguyễn Thị Ngọc Hương 12 HD1001 Đồ án tốt nghiệp  Có tính tẩy rửa tốt các chất màu và các chất mỡ nhờn, tẩy rửa được các bề mặt khác nhau, thúc đẩy tính chất của các chất HĐBM, có đặc tính tạo bọt mong muốn.  Có khả năng chống kết tủa tốt, ngăn cản được sự lắng cặn ở máy giặt, có tính chống ăn mòn tốt.  Có tính thương mại, ổn định hoá học, không có tính hút ẩm, có màu sắc và mùi dễ chịu, thích hợp với thành phần chất tẩy rửa khác nhau, ổn định khi sử dụng, chế biến được từ nguyên liệu dễ kiếm.  Không độc hại với người sử dụng.  Về mặt môi trường: có khả năng phân huỷ sinh học, không ảnh hưởng đến các hệ thống nước thải và bề mặt nước, không hại với các sinh vật.  Có tính kinh tế tốt.  Các chất phức. Trong dung dịch chất tẩy rửa có nhiều anion có thể kết hợp với canxi trong nước để tạo thành những muối không hoà tan. Các phức hợp có đặc tính riêng do chúng có khả năng hoà tan các chất kết tủa ấy và sau đó tạo thành những phức hợp tan trong nước. Do đó có một phản ứng cạnh tranh giữa các anion phức hợp và các anion kết tủa với canxi. Trong một dung dịch chất tẩy rửa, các anion kết tủa là từ cacbonat, alkylbenzen sunfonat và xà phòng, trong lúc đó các anion phức hợp thì tử TPP, pyrophosphate, EDTA …  Các phosphat. 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 tan trong nước. Một số phosphat chính có mặt trong thành phần chất tẩy rửa: O O - O P O- orthophosphat O - O P O O P O O- - O P Odiphosphat O- O- O O P O O P Triphosphat O- (TPP) O- O-  Phức hợp của các phosphat. Phức hợp là một phản ứng hoá học trong đó tác nhân phức hợp tạo cùng với ion kim loại trong dung dịch những phức hợp tan trong nước. Với pyrophosphate có công thức sau đây: Nguyễn Thị Ngọc Hương 13 HD1001 Đồ án tốt nghiệp O O P O O O O- P O Ca Với tripolyphosphat có hai khả năng: O O P O O O P O O P O O- O P O- O O O P O O- O Ca O P O- O Ca  Ngoài ra còn các chất sau đây: NTA có công thức: CH2COOH N CH2COOH CH2COOH EDTA có công thức: HOOC H2C CH2 COOH N HOOC CH2 CH2 N H2C CH2 COOH EDTMP (axit etylen diamin tetra metylen phosphonic): H2O3P H2C CH2 PO3H2 N H2O3P CH2 CH2 N H2C CH2 PO3H2  Những loại tác nhân phức hợp mới: Việc tìm những loại tác nhân phức hợp mới này phải phù hợp với các điều kiện sau:  Phải phân giải sinh học tốt.  Có tính hiệu lực cao.  Giá thành hợp lý. Hiện nay một trong những sản phẩm chứa phần lớn các điều kiện ấy là MGDA (Metyl Glycine Diaxetic Acid). c. Các tác nhân phụ trợ [4]. Nguyễn Thị Ngọc Hương 14 HD1001 Đồ án tốt nghiệp Chất hoạt động bề mặt, chất xây dựng là những thành phần quan trọng, chiếm một lượng lớn trong thành phần của chất tẩy rửa. Ngoài ra một số các tác nhân phụ trợ cũng có thể được cho thêm vào để hỗ trợ khả năng làm sạch của chất tẩy rửa.  Các tác nhân tăng và chống tạo bọt. Bọt là một nhũ tương của hai pha không hòa trộn, như một nhũ tương dầu nước. Bọt có những ưu diểm cũng như nhược điểm sau: ưu điểm: Nó là một chỉ tiêu hiệu quả của một sản phẩm và nó có thể cho một cảm giác thoải mái. Nhược điểm: Về mặt thẩm mỹ, bọt trong các dòng nước tràn ra. Tuy nhiên hiệu quả của một sản phẩm tẩy rửa không liên hệ trực tiếp với lượng bọt. Một sản phẩm không bọt có thể hiệu quả hơn những sản phẩm khác nhiều bọt.  Các tác nhân làm tăng bọt. Người ta có thể cải biến đặc tính tạo bọt của sản phẩm tuỳ theo nhu cầu của người tiêu dùng. Có hai khả năng: - Sự lựa chọn các chất HĐBM tạo bọt hay không tạo bọt. - Sử dụng những phụ gia làm tăng bọt.  Lựa chọn những chất HĐBM. Một chất HĐBM hay một hỗn hợp những chất HĐBM có thể làm thành một hệ thống tạo bọt. Mặt khác, sự thêm một chất phụ gia có thể tạo một lượng lớn bọt với một lượng ít chất HĐBM. Thông thường số lượng bọt tăng với nồng độ đạt tối đa quanh nồng độ mixen tới hạn (CMC). Tất cả các yếu tố có khả năng cải biến CMC có thể tăng hoặc giảm khả năng tạo bọt của một chất HĐBM. Các yếu tố đó là: - Nhiệt độ. - Sự có mặt của một chất điện giải (muối vô cơ). - Cấu trúc của phân tử chất HĐBM.  Sử dụng những phụ gia làm tăng bọt. Có nhiều chất phụ gia có thể làm thay đổi các đặc tính mixen hoá của một chất HĐBM và như vậy làm biến đổi sự ổn định và khả năng tạo bọt của sản phẩm. Theo Schick và Fowkes, việc thêm vào một số hợp chất hữu cơ đối cực có thể làm giảm CMC của những chất HĐBM. Việc sử dụng hợp chất có một dây cacbon thẳng có cùng chiều dài với chiều dài của chất HĐBM là phương thức hiệu nghiệm nhất để làm ổn định bọt của một chất HĐBM. Các chất làm tăng bọt sau đây được xếp theo thứ tự hiệu lực tăng dần. Nguyễn Thị Ngọc Hương 15 HD1001 Đồ án tốt nghiệp Ete glyxerol < Ete sunfonyl < Amit < Amit N thay thế  Các tác nhân chống bọt. Các tác nhân chống bọt làm giảm hoặc loại trừ bọt của sản phẩm. Chúng ngăn cản sự tạo bọt bằng cách làm tăng tốc độ phân huỷ của chúng. Đó là những ion vô cơ hoặc hữu cơ có khả năng làm giảm độ tĩnh điện hay thay thế các chất HĐBM của màng bọt, làm giảm tính tạo bọt. Khi cho vào các hạt keo không ưa nước (đất sét, silic …) các hạt này sẽ nằm trong các màng bọt và trở lên mỏng dần và sau cùng tự tạo ra lỗ ở đó và bọt bị phá vỡ. Người ta cũng sử dụng các hợp chất hữu cơ chống tạo bọt như stearyl phosphate, dầu và sáp, các silicon. Các hợp chất hữu cơ này tác động theo cơ chế trải rộng. Các phân tử của chúng di động về phía mặt của màng bọt để thay thế các phân tử của chất HĐBM. Như vậy, một bề mặt được thay thế bởi một bề mặt ít bọt hơn. Điều này chỉ có thể thực hiện được bởi những hợp chất có một sức căng bề mặt kém, có khả năng trải rộng lên các bề mặt dung dịch.  Tác nhân chống tái bám. Đặc tính mong muốn của chất tẩy rửa là nó tẩy được các chất bẩn bám trên các bề mặt nhiễm bẩn và không cho chất bẩn tái bám trở lại trên các bề mặt đó. Chống lại sự tái bám có thể thực hiện được bằng cách lựa chọn cẩn thận rất nhiều các cấu tử trong chất tẩy rửa (chất HĐBM và chất xây dựng). Tuy nhiên cũng có thể sử dụng các tác nhân chống kết tủa đặc biệt. Hoạt động của những tác nhân này là nó tạo ra sự chống lại hiện tượng hấp phụ thuận nghịch. Trên các chất kết tủa, chúng kiểm soát sự kết tinh và ngăn không cho chúng lớn tới một cỡ tối ưu để tránh sự tái bám của chúng vào vải vóc. Trên các vết bẩn dạng hạt, chúng gia tăng điện tích âm trong nước giặt, tạo một lực đẩy lớn hơn giữa các hạt, qua đó tránh được sự ngưng kết dẫn đến sự tái bám trên vải vóc. Tác nhân chống tái bám được sử dụng từ lâu đó là cacboxy – methyl cellulose (CMC). Gần đây các dẫn xuất của tinh bột cacboxy methyl cũng đóng vai trò tương 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 chất HĐBM đã được tìm ra rất thích hợp, đó là những chất không ion cellulose ete có công thức như sau: Nguyễn Thị Ngọc Hương 16 HD1001 Đồ án tốt nghiệp OR H H H ROH2C H RO OR O H H O O H RO H OH ROH2C H O O H H - CH3 - CH2CH3 R: - CH2CH2OH - CH2CHOHCH3 - CH2CH2CHOHCH3 I.2. Thành phần chất tẩy rửa cặn xăng dầu. [8] Chất tẩy rửa cặn xăng dầu là một loại đặc biệt được sử dụng để tẩy sạch các vết bẩn dầu mỡ bám dính trên các bề mặt cứng. Tiêu chí hàng đầu đặt ra cho các loại chất tẩy rửa hiện nay là: Thành phần của nó bao gồm các cấu tử chiết xuất tử thực vật, có nguồn gốc hữu cơ, dễ phân huỷ sinh học trong điều kiện tự nhiên của môi trường, có thể thải trực tiếp vào nguồn nước mặt và các hệ thống thải công cộng, không ăn mòn kim loại, chỉ tẩy dầu mỡ mà không làm ảnh hưởng đến các lớp sơn phủ, nhựa cao su và các lớp sơn phủ kim loại khác. Thành phần của chất tẩy rửa được thiết lập một cách đặc biệt để có thể phá vỡ các cấu tử dầu mỡ bao gồm: Tinh dầu thông (2 50%KL). Chất HĐBM anion và (hoặc) không ion (1 Axit dicacboxylic (C3 I.2.1. Tinh dầu thông. C40) (2 40%KL). 40%KL). Tinh dầu thông là hỗn hợp phức tạp nhiều cấu tử, thành phần chủ yếu là các terpen hydrocacbonat, có công thức chung là (C5H8)n (với n = 2,3…) và các sesquiterpen. Cụ thể: – pinen và – pinen từ 65 đến 70%. 3 – Caren từ 10 đến 18%. Camfen từ 2 đến 3%. Limonen từ 4 đến 6%. Nguyễn Thị Ngọc Hương 17 HD1001 Đồ án tốt nghiệp Tinh dầu thông được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, y tế đời sống … Nó được sử dụng làm dung môi, thuốc trừ sâu và một số chất khác nữa. ở nước ta, thông mọc ở nhiều nơi và cho một sản lượng tương đối lớn. Từ nhựa thông qua chế biến ta thu được khoảng 20% tinh dầu thông. Bảng 1.1. Tính chất vật lý của các cấu tử chính trong tinh dầu thông. Nhiệt độ sôi ở áp suất TT Cấu tử Công thức phân tử 1 -pinen 2 -pinen 3 3-Caren C10H16 136,23 4 Dipenten C10H16 136,23 68,2 5 Limonen 6 Phân tử lượng 20 40 mmHg (kg/m 760 (cp) 3 ) mmHg C10H16 136,23 51,4 66,8 155 1,7 857,8 C10H16 136,23 58,1 71,5 162 4,4 871,2 20 mmHg 170 861,5 175 842,0 C10H16 136,23 175 842,2 Silrestren C10H16 136,23 176 848,0 7 fenandren C10H16 136,23 72,1 173 848,0 8 -terpinen C10H16 136,23 173 835,0 Terpinolen C H 10 16 136,23 Sesquitecpe C15H24 204 n 184 862,3 9 84,3 87,8 Trong thành phần của tinh dầu thông, cấu tử chính và cũng là chỉ tiêu đánh giá chất lượng là pinen (đặc biệt là -pinen). Có hai loại pinen là: -pinen và -pinen. Pinen là chất lỏng sánh, không màu, để lâu chuyển thành mầu hơi vàng, tan ít trong nước, tan nhiều trong rượu etylic, axit axetic, toluene, xylen. Pinen phản ứng với hầu hết các tác nhân hoá học do trong phân tử tồn tại nối đôi. CH3 CH2 c c HC CH CH C H3C 3 HC CH2 H3C C CH3 H2C CH2 H2C C H CH2 C H C10H16 ( -pinen) C10H16 ( -pinen) Hình 1.3. Cấu tạo phân tử của -pinen và pinen Nguyễn Thị Ngọc Hương 18 HD1001 Đồ án tốt nghiệp I.2.2. Axit dicacboxylic. Axit dicacboxylic có công thức tổng quát như sau: HOOC – (CH2)n – COOH Các axit dicacboxylic là nguyên liệu đầu vào quan trọng trong công nghiệp sản xuất polyamit, polyester và dieste. Các este được sản xuất bằng phản ứng giữa axit dicacboxylic với rượu đơn chức tạo thành các chất làm dẻo hay dầu nhờn. Bên cạnh đó axit dicacboxylic như là chất trung gian trong rất nhiều phản ứng tổng hợp hữu cơ. Sau đây là một số axit dicacboxylic được sử dụng nhiều để chế tạo chất tẩy rửa:  Axit dicacboxylic no. Axit dicacboxylic no là dẫn xuất của hydrocacbon no chứa hai nhóm cacboxyl trong phân tử. Những axit dicacboxylic mà hai nhóm cacboxyl ở quá xa nhau (cách nhau từ 6 nhóm metylen trở lên) thường không có tính chất gì khác biệt nhau lắm với axit monocacboxylic thông thường do ảnh hưởng cảm ứng giữa hai nhóm cacboxyl không thể truyền đến nhau được. Đáng chú ý hơn cả là axit dicacboxylic có hai nhóm cacboxyl ở gần nhau, khi đó khả năng tương tác giữa chúng tăng lên. * Tính chất chung của axit dicacboxylic. Tất cả các axit dicacboxylic đều là chất rắn tinh thể, những đồng đẳng thấp tan được trong nước và độ hoà tan giảm khi trọng lượng phân tử tăng. a) Tính axit. Axit dicacboxylic phân ly theo hai nấc, hằng số phân ly ở nấc thứ nhất lớn hơn hằng số phân ly ở nấc thứ hai. Những diaxit mà hai nhóm cacboxyl gần nhau, hằng số phân ly K1 thường lớn hơn hằng số phân ly của các monoaxit tương ứng do ảnh hưởng tương hỗ của các nhóm cacboxyl. b) Phản ứng decacboxyl hoá. Axit malonic và dẫn xuất alkyl rất kém bền, khi đun nóng dễ dàng tách CO 2 thành axit monocacboxylic. Nguyễn Thị Ngọc Hương 19 HD1001
- Xem thêm -