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

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

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

-

ISO 9001 - 2008

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH: CÔNG NGHỆ HÓA DẦU

Sinh viên : Nguyễn Quang Minh

Người hướng dẫn: ThS Đặng Chinh Hải

HẢI PHÕNG 2011

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

-

XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU CỦA CÔNG TY CỔ

PHẦN DẦU KHÍ THÁI BÌNH DƯƠNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY

NGÀNH: CÔNG NGHỆ HÓA DẦU

Sinh viên : Nguyễn Quang Minh

Người hướng dẫn: ThS Đặng Chinh Hải

HẢI PHÕNG 2011

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

-

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Sinh viên: Nguyễn Quang Minh

Lớp: HD701 Ngành: Công nghệ Hóa dầu

Tên đề tài: "Xử lý nước thải nhiễm dầu của Công ty Cổ phần Dầu

Khí Thái Bình Dương bằng phương pháp hấp phụ"

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN

1 Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp (về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ)

Nội dung hướng dẫn:

………

………

………

………

………

………

………

………

2 Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán : ………

………

………

………

………

………

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Cán bộ hướng dẫn thứ nhất:

Họ và tên:

Học hàm, học vị:

Cơ quan công tác:

Nội dung hướng dẫn:

Cán bộ hướng dẫn thứ hai: Họ và tên:

Học hàm, học vị :

Cơ quan công tác:

Nội dung hướng dẫn:

Đề tài tốt nghiệp được giao ngày 20 tháng 01 năm 2011

Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày 17 tháng 3 năm 2010

Đã nhận nhiệm vụ ĐATN Đã giao nhiệm vụ ĐATN

Hải Phòng, ngày tháng năm 2011

HIỆU TRƯỞNG

GS.TS.NGƯT Trần Hữu Nghị

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

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

………

………

………

………

………

………

………

………

2 Đánh giá chất lượng của đồ án (so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong nhiệm vụ Đ.A.T.N trên các mặt lý luận, thực tiễn, tính toán số liệu…): ………

………

………

………

………

………

………

………

1 Giới thiệu chung về Công ty CPDK Thái Bình Dương và nước

thải nhiễm dầu

2 Khái niệm về nhũ tương

2.1 Phân loại nhũ tương

2.2 Chế tạo nhũ tương

2.3 Lý thuyết về sự ổn định của nhũ tương

2.4 Các tác nhân tọa nhũ

3 Xử lý nước thải nhiễm dầu bằng phương pháp hấp phụ

Phần 2: Thu thập mẫu và phân tích số liệu

Phần 3: Kết quả và thảo luận

1 Xây dựng đường chuẩn

2 Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ và thời gian đến

hiệu quả tách loại dầu trong nước

3 Nghiên cứu khả năng hấp phụ của dầu trên mô hình thực nghiệm

4 Đề xuất quy trình xử lý nước nhiễm dầu

MỞ ĐẦU

Hiện nay ở nước ta công nghiệp dầu khí là một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn Nó cung cấp hầu hết các sản phẩm hoá học, tổng hợp hữu cơ hoá dầu, làm nhiên liệu cung cấp cho nhiều ngành công nghiệp khác

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp dầu khí thì cũng nẩy sinh ra những vấn đề bức xúc kèm theo đó là sự ô nhiễm môi trường do quá trình khảo sát địa chấn, khoan thăm dò tìm kiếm khai thác dầu khí cũng như sự

ô nhiễm trong quá trình sử dụng

Trong sự phát triển các ngành công nghiệp của nước ta, ô nhiễm môi trường nước đang trở thành một vấn đề gay gắt, đặc biệt là các nguồn nước thải nhiễm dầu đã gây ra rất nhiều ảnh hưởng tới môi trường sống, tới sức khỏe của con người…

Việc nghiên cứu tìm ra phương pháp xử lý nước thải nhiễm dầu còn nhiều vấn đề cần xem xét vì các biện pháp xử lý hầu như cho hiệu quả chưa cao

về mặt kinh tế cũng như về mặt công nghệ, đặc biệt việc xử lý cặn dầu sau khi tách rất khó khăn Một trong các biện pháp được sử dụng rộng rãi là phương pháp hấp phụ với các vật liệu khác nhau như mùn cưa, trấu Để góp phần vào lĩnh vực này và tìm ra một loại vật liệu mới để xử lý dầu, nhiệm vụ chúng tôi đặt ra trong khoá luận này là đánh giá hiện trạng môi trường của cơ sở kinh doanh và vận tải xăng dầu: Công ty Cổ phần Dầu Khí Thái Bình Dương Qua

đó chúng tôi sẽ tiến hành nghiên cứu xử lý nước thải có chứa dầu bằng rơm rạ

như một loại vật liệu hấp phụ mới với tên đề tài là "Xử lý nước thải nhiễm

dầu của Công ty Cổ phần Dầu Khí Thái Bình Dương bằng phương pháp hấp phụ"

có trách nhiệm nhập hàng (dầu DO, xăng các loại…) từ kho Pvoil về tồn chứa tại kho của Công ty, sau đó tùy thuộc vào yêu cầu của khách hàng, Công ty sẽ cung ứng nhiên liệu đáp ứng các nhu cầu của khách

Trong quá trình vận chuyển cũng như bơm rót và tồn chứa, Công ty luôn đặt các yêu cầu về bảo đảm an toàn, phòng chống cháy nổ lên hàng đầu Tuy vậy, vẫn còn một lượng nhỏ dầu lẫn vào nguồn nước thải từ các phương tiện chở dầu, từ các kho chứa và cả trong các quá trình bơm rót, hiện tại vẫn chưa có phương pháp xử lý triệt để trước khi thải ra sông, ra biển Điều này về lâu dài sẽ ảnh hưởng đến môi trường cũng như sức khỏe của con người, do đó các biện pháp xử lý triệt để nguồn nước thải này đang là một vấn đề luôn được chú trọng

ở Công ty

2 Khái niệm về nhũ tương

Nhũ tương là một hệ phân tán của ít nhất hai chất lỏng không tan lẫn hoặc tan rất ít vào nhau, một trong hai chất lỏng đó phân tán vào chất lỏng kia dưới dạng giọt, kích thước giọt chất lỏng biến đổi trong phạm vi rộng

Dạng nhũ tương tuỳ thuộc vào loại chất nhũ hoá được sử dụng, nhiệt độ và khối lượng các pha sử dụng Nếu pha lỏng nào dễ hoà tan chất nhũ hoá sẽ có xu hướng trở thành pha liên tục(môi trường phân tán)

Trong một nhũ tương kích thước các giọt không đồng nhất Kích thước giọt phụ thuộc vào phương pháp chế tạo nhũ và nồng độ chất nhũ hoá Cũng như

các hệ phân tán khác, nhũ tương là hệ không bền nhiệt động Do đó để duy trì nhũ tương tạo được phải cho vào hệ bảo vệ(chất nhũ hoá)

2.1 Phân loại nhũ tương

2.1.1 Phân loại dưa vào pha phân tán

Trong thực tế thường tồn tại hai loại nhũ đó là:

- Nhũ tương Dầu/nước hay gọi là nhũ tương thuận, đây là loại nhũ tương mà pha phân tán là dầu còn pha liên tục là nước

Nhũ tương Nướcldầu hay gọi là nhũ nghịch, trong đó pha phân tán là nước còn pha liên tục là dâu

2.1.2 Phân loại theo nồng độ thể tích mà pha phân tán chiêm

* Nhũ tương đặc:

Đây là loại nhũ tương mà pha phân tán chiếm từ 0.2% - 74% thể tích hệ Đường kính nhũ tương đặc khoảng 0.1 - 1 m Nhũ tương đặc rất kém bền, trong hệ thường phải có chất nhũ hoá bảo vệ Nhũ tương đặc dễ sa lắng hoặc nổi lên trên, nếu pha phân tán có khối lượng riêng lớn hơn khối lượng riêng môi trường thì các giọt sẽ sa lắng, nếu pha phân tán có khối lượng riêng nhỏ hơn khối lượng riêng của môi trường thì các giọt sẽ nổi lên trên

* Nhũ tương đậm đặc:

Đây là loại nhũ tương mà phân tán chiếm từ 74% - 99% thể tích hệ Nhũ tương loại này chỉ tồn tại khi có chất nhũ hoá tốt Dung dịch chất nhũ hoá nằm

giữa các giọt của pha phân tán dưới dạng những màng rất mỏng, độ dày của màng trong các nhũ tương này mỏng tới 100AO hoặc bé hơn Các giọt cầu biến dạng thành các hình da diện và được ngăn cách với nhau băng các màng mỏng của chất nhũ hoá và pha ngoài (pha liên tục) trong một số trường hợp hệ tạo thành khối gel, có ranh giới phân chia pha phức tạp

2.1.3 Nhận biết nhũ tương Dầu/nước và nhũ tương Nước/dầu

Có thể nhận biết hai loại nhũ tương bằng cách:

- Thêm một ít chất màu chỉ thị có khả năng tan vào một trong hai pha (pha phân tán hoặc pha liên tục) mà qua kính hiển vi dễ dàng phân biệt được

- Thêm một ít nước thì nó chỉ trộn lẫn trong loại nhũ tương Dầu/nước mà không trộn lẫn trong loại nhũ tương Nước/dầu

Dựa vào độ dẫn điện, độ dẫn điện của nhũ tương dầu/nước lớn hơn nhũ tương nước/dầu

Phương pháp này ít được dùng trong công nghiệp

2.2.2 Phương pháp phân tán

Quá trình tạo nhũ có thể xảy ra một cách tự nhiên do dầu có khả năng nhũ hoá hay hoà tan Hoặc dùng lực cơ học để phân tán pha này vào pha kia

2.3 Lý thuyết về sự ổn định của nhũ tương

2

2 1 2

9

2g d d u

trong đó u: là tốc độ lắng

r : là bán kính giọt nhũ

d1, d2 : là tỷ trọng của chất phân tán và môi trường phân tán

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

Lắng đọng

Tập hợp các giọt nhũ

Tập hợp các giọt nhũ

Lắng đọng

Tách nhũ

Từ phương trình Stoke có thể thấy rằng để giảm quá trình lắng của các giọt nhũ thì nhũ tương phải có sự phân bố kích thước hẹp, kích thước giọt nhỏ hoặc

tỷ trọng giữa các pha tạo nên nhũ tương phải xấp xỉ nhau, điều này khó thực hiện được trong một số trường hợp cụ thể

Quá trình lắng đọng có thể trở lại dạng nhũ tương ban đầu nhờ khuấy trộn mạnh

Quá trình phá nhũ hoàn toàn xảy ra khi các giọt nhũ kết hợp lại với nhau thành các giọt lớn hơn là giảm số giọt trong nhũ tương Quá trình kết hợp xảy ra liên tục, đến một lúc nào đó nhũ tương bị phân tán thành hai pha riêng biệt Quá trình kết tụ xảy ra theo hai bước Ban đầu các giọt nhũ có xu hướng lập hợp lại lạo thành một tập hợp giọt Tập hợp giọt này càng làm tăng tốc độ lắng của pha phân tán

Các giọt nhũ trong tập hợp giọt tiếp xúc trực tiếp với nhau khi phân tử chất nhũ hoá trên bề mặt giọt nhũ bị khử hấp thụ Do vậy chúng kết hợp lại với nhau tạo thành giọt lớn hơn Như vậy lực hấp thụ của chất nhũ hoá đối với pha phân tán có ý nghĩa quan trọng trong quá trình ngăn cản sự kết tụ của các giọt nhũ

2.3.2 Ảnh hưởng của điện tích đất sự ổn định của nhũ tương

Ảnh hưởng của diện tích đến độ ổn định của nhũ tương được biết đến khá sớm, nhưng phải đến thời gian gần đây người ta mới nghiên cứu lý thuyết này một cách tỉ mỉ hơn Đặc biệt là cần phải quan tâm ảnh hưởng của tích điện của những giọt nhũ tương

+ Nguồn gốc và dấu hiệu của sự tích điện lên giọt nhũ tương

Việc tích điện lên giọt nhũ trong các hệ keo có thể sinh ra theo 3 cách sau :

việc tích điện bề mặt xuất phát từ quá trình lớn hoá của nhóm hoà tan trong nước

Ví dụ: Một hệ nhũ tương dầu/nước được ổn định bằng xà phòng thì không

có lý do để hy vọng rằng phần tử dấu của nhóm cacboxyl thâm nhập qua lớp bề mặt vào pha nước sẽ được ton hoá Nhóm cacboxyl (- COOH) chính là nhóm hình thành lên bề mặt giọt Các giọt này sẽ được bao quanh bằng lớp điện tích

âm

Sự ổn định của nhũ tương bằng các tác nhân bề mặt không sinh ion hoặc các chất không ton hoá khó minh hoạ cho việc tích điện lên bề mặt theo cơ chế này Tuy nhiên, giả thuyết về sự hấp phụ lên bề mặt có tính thuyết phục hơn Ví dụ :

Sự hấp phụ của con từ pha nước có thể xảy ra

Xét theo cách khác là có thể xảy ra sự tích điện khi có sự va chạm giữa các giọt, nó tương tự như việc xuất hiện điện tích khi chà xát một miếng hổ phách vào tấm lụa tơ tằm Theo kết luận của nhiều nhà nghiên cứu khác thì cơ chế của việc tích điện do va chạm được coi là chấp nhận được

Trong trường hợp nhũ tương được ổn định bằng xà phòng sẽ tích điện âm như đã cho thấy ở trên Trường hợp nhũ tương được ổn định bằng tác nhân táo nhũ cation, có thể giải thích là do sự tích điện dương của các giọt Nói một cách khác, người ta cũng dự đoán trước được dấu hiệu của việc tích điện, nhũ tương

ổn định bằng cơ chế kết hợp hấp phụ và con hoá Việc này được đơn giản hoá hơn khi xét tới tầm quan trọng của thế diện tích Zeta trong nhũ tương

Theo nguyên tắc của Coehm, một chất có hằng số điện li cao được tích điện dương khi tiếp xúc với một chất khác có hằng số điện li thấp hơn Bởi vì nước

có hằng số điện li cao hơn hầu hết các chất là pha khác của giọt nhũ tương các giọt nhũ tương dầulnước sẽ có điện tích âm Mặt khác, các giọt nước của nhũ tương nước/dầu sẽ tích điện dương Lưu ý là quy luật của Coehm chỉ được chứng minh về tích điện li và không được coi như tính chuẩn xác về khả năng tạo nhũ

Như vậy việc tích điện của các giọt, như các hạt keo kị nước đóng góp vào việc ổn định của hệ bởi vì lực đẩy chung của các hạt tích điện sẽ ngăn cản việc tiếp xúc và kết tụ của chúng

+ Lớp điện kép Helmlloltz:

Helmholtz đưa ra khái niệm lớp điện kép về điện tích của hạt keo kỵ nước là

do kết quả phân phối không đều các con trên bề mặt giọt Nếu ion tích tiện gần hạt thì các con có điện tích đối được xếp song song với chúng tạo nên lớp điện tích kép biểu diễn ở dạng hạt hình cầu

Sự phân bố điện tích là một hàm khoảng cách từ bề mặt của hạt thể hiện ở hình I-4 Sự phân bố này tương tự như sự tạo thành hai hình cầu đồng tâm

+ Lớp điện kép khuếch tán Gony:

Xét tới sự cân đối của các ion thì vẫn có sự giả định rằng phải có các ổn định hướng đều đặn lể hình thành lớp Hclmholtz Để khắc phục những mặt chưa hiệu quả của thuyết này Gony đã cho rằng các lớp kép được khuếch án ra phía ngoài gồm một lớp các con có mật độ điện lích giảm theo qui luật số mũ

Lưu ý rằng việc giảm bán kính của các hạt cầu tới một kích thước cần thiết theo thuyết Debye - Huckel là để có một điện tích bền

Gony đưa vào phương trình của Poisson dẫn đến phương trình về thông số k:

kT

e nz k

2 2 8

(1.1)

Trong đó:

Z: là hoá trị của ion tích điện trái dấu với điện tích bề mặt

n: là số lớn trong lcm3 của lớp điện tích kép

e: là điện tích nguyên tố

k: là hằng số Bolzman's

T: nhiệt độ tuyệt đối

k: khoảng cách tương ứng từ mặt phẳng của hạt chứa hầu hết điện tích

của hạt

Như vậy 1!k là đường kính hiển dụng của hạt và độ dầy của lớp kép tỉ lẽ với n1/2

+ Lớp kép khuếch tán Stern:

Mặc dù khái niệm của Gony có một ý nghĩa nhất định về lớp khuếch tán nhưng vẫn còn một số nhược điểm Để khắc phục những nhược điểm này Stern

đã kết hợp lý thuyết của Helmholtz và Gony

Theo thuyết của Stem thì lớp điện kép gồm hai phần:

- Lớp thứ 1 : có độ dày xấp xỉ bằng một lớp ton đơn cố định tại bề mặt (lớp Helmholtz)

- Lớp thứ 2 : có khoảng cách mở rộng ra phía pha ngoài và được khuếch tán (lớp Gony), trong pha này thế năng lớp này giảm dần

+ Sự điện li

Nếu một nhũ tương (hay một hệ keo kỵ nước) là một trường điện, kết quả của việc tích điện của các giọt sẽ di chuyển từ một dạng này sang dạng khác Hiện tượng này gọi là Cataphoresis hay điện di

Người ta quan sát và lo tỷ lệ di chuyển của hiệu ứng này bằng kính hiển vi hoặc bằng thiết bị đo chuyển dịch biên

Theo cách đo của thiết bị này người ta nghiên cứu tỷ lệ chuyển động giữa nhũ tương và giọt keo và người ta quan sát sự phân tán trung bình của các giọt dưới tác động của điện trưởng

Tỷ lệ của chuyển động ở lớp biên cân bằng đến giá trị chuyển động trung bình của các phân tử

Vận tốc của các phần tử v là một hàm của thế năng E và thường được biểu thị qua các liệu về Electrophoresic?

u = v/E Theo đơn vị thông thường: Micro/s vol.cm Nghĩa là vận tốc của một giọt dưới thế năng 1vol trên 1 cm

+ Thế điện tích Zeta:

Khi giải thích sự kết hợp giữa việc tồn tại của lớp kép và các hiệu ứng điện động khác nhau, tổng đại số điện tích của một giọt và trong dung dịch bằng 0

Trọng tâm điện tích của hệ không bị dịch chuyển do lực hút điện bắt nguồn từ lực điện động

Tuy nhiên các lực này có thể tạo ra sự thay đổi vị trí, ví dụ: hạt tích điện âm, nước tích điện dương thì các hạt bị hút do các diện tích dương Helmholtz đã áp dụng lý thuyết thuỷ động học vào giả thuyết này đưa ra quan hệ:

Smoluchowski chỉ ra rằng phương trình (1 2) chỉ có giá trị khi với hiện tượng điện ly(electrophoresis)

Tuy nhiên, Debye - Huckel cho rằng phương trình Smọluchowski có giá trị khi xét đến hình dạng , hằng số thay đổi theo hình dạng của hạt và đối với giọt cầu phương trình có dạng:

2.3.3 Các yếu tố bề mặt đối với sự ổn định nhũ tương

Theo quan điểm nhiệt động thì nhũ tương là một hệ mà pha phân tán gồm những giọt nhỏ kích thước từ 0.1 m đến 100 m Sự phân tán này không phải

là tuyệt đối bởi vì bề mặt phân chia pha phụ thuộc vào năng lượng tự do bề mặt, khi hai giọt tiếp xúc nhau có thể kết hợp với nhau là giảm vùng phân chia pha Như vậy việc liên kết của các giọt có thể xem như một quá trình nhiệt động tự phát sinh Quá trình ngược lại cần phải tiêu tốn một năng lượng vì vậy nó không xảy ra một cách tự nhiên Các dung dịch hoà tan ở trạng thái phân tán keo mixen không bị phân lớp như nhũ tương bởi vì các thành trong chúng không tạo thành một hệ nhiệt động mà trong đó xảy ra sự phân tách

Nếu nói về tính không bền vững của nhũ tương thì dựa vào đặc điểm để phân biệt có thể chia ra các trường hợp sau:

khi hình thành một hỗn hợp tạo bởi bằng cách khuấy, lắc hai dung dịch tinh khiết không tan lẫn Ví dụ: nước và benzen

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

có sự phá vỡ các giọt với số lượng không đáng kể

Sự kết tụ là các giọt của nhũ tương mắc dính vào nhau hình thành những đám giọt lơ lửng trong dung dịch nhưng không có sự kết hợp của các giọt riêng

rẽ thành giọt lớn, ví dụ: sự đông đặc của sữa bằng nước hoa quả Cả hai trường hợp: sự tạo lớp giọt và sự kết tụ, các giọt tiến đến va chạm vào nhau và không tạo sự liên kết trong của dung dịch, nhưng khi cả hai dung dịch đều tinh khiết thì sẽ xảy ra sự phá vỡ nhũ

Để có được một nhũ tương ổn định có lợi và có nồng độ của pha phân tán không đổi thì nhất thiết phải thêm một cáu tử thứ ba làm chất tham gia để tăng tính ổn định của nhũ tương Tạm thời có thể chia ra 4 nhóm các chất làm tác nhân tạo nhũ

+ Nhóm thứ nhất: (là các chất ít ảnh hưởng nhất)

Đây là các chất điện li vô cơ đơn giản Ví dụ : Kim tricyanat (KCNS)

Khi cho thêm vào nước ở vài nồng độ nhỏ cho phép độ ổn định tạm thời đối với các nhũ tương dầu trong nước Ở đây, sự ổn định có được do sự hình thành lớp điện tích kép trên bề mặt phân chia pha về phía của nước, kết quả là tạo ra lực ton ton CNS- tạo thành một thế diện tích âm trên bề mặt phân chia pha Như vậy sự ổn định có được là do lực đẩy của lớp điện tích kép trên bề mặt giọt dẫn đến làm giảm va chạm của các giọt phân bố Tuy nhiên các tác nhân tạo nhũ dạng này cho kết quả không cao về thời gian tồn tại của nhũ tương và nồng

độ của nhũ tương

+ Nhóm thứ hai:

Là các chất hoạt động bề mặt của xà phòng và các chất tẩy rửa Nói chung các nhóm dạng này có chứa một hoặc nhiều hơn các nhóm kỵ nước (alkyl hoặc

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

+ Nhóm thứ ba:

Nhóm này giúp nhũ tương ổn định tết hơn, đây là các tác nhân tạo nhũ có phân tử lượng cao Ví dụ: Protcin, keo, tinh bột và các chất thuỷ phân của nó như dextrin,metylxenlulo, ligno-sulphonat Ngoài ra cũng có thể là các polime tổng hợp như: polyvi nyl alcol Các hợp chất này cũng bám dính ở bề mặt phân chia pha dầu/nước Do tính đa bội của các nhóm kỵ nước và các nhóm

ưa nước, mỗi phân tử gắn với rất nhiều điểm theo chiều dài phân tử của nó Các chất này giữ cho sự kết tụ của các giọt diễn ra lâu hơn

+ Nhóm thứ tư:

Các tác nhân tạo nhũ thuộc nhóm này là các chất rắn không tan có độ phân tán cao, có khả năng thấm ướt chọn lọc đối với chất lỏng phân cực hoặcchất lỏng không phân cực đã tạo nên nhũ tương Có thể nhìn bằng kính hiển vi thấy được các phần tử hình thành từ những đơn lớp của chúng bằng cách phủ lên trên bề mặt các giọt Điều kiện để các phần tử này bám lên bề mặt giọt phụ thuộc vào tính chất hoá bề mặt nhiều hơn là thành phần cấu trúc bên trong của chúng

Một quan tâm khác khi nghiên cứu tính không ổn định của nhũ tương là khoảng thời gian và điều kiện để khống chế chúng Mặc dù việc mô tả tính ổn định của nhũ tương chỉ bàng một số ít các trường hợp đại diện cho tất cả trường hợp không phải là dễ nhưng nó cũng đưa ra được một tỷ lệ nhất đính sự phân chia ở các dạng khác nhau đối với nhiều nhũ tương

Quá trình phá nhũ ở đây liên quan đến sự va chạm của các giọt bằng chuyển động Brow hoặc do sự đối lưu, sau đó sinh ra những giọt có kích thước lớn hơn

do sự dính kết và phá vỡ màng Quá trình trên được thúc đẩy nhanh hơn do sự đối lưu bởi vì các hạt huyền phù ban đầu và các giọt đã kết hợp có kích thước khác nhau vì thế sự va chạm sẽ lớn hơn Quá trình này gọi là sự "kết khối động lực" Kết quả là các giọt lớn hơn tiếp tục bị kéo dài ra Nếu kéo dài thời gian sẽ dẫn đến một động lực ổn định và phân bố kích thước ổn định

Sự ổn định của nhũ tương có thể được ghi nhận khi ta không thấy sự phá nhũ trong vài giờ, vài ngày hoặc vài tháng khi các giọt có khả năng chạm vào nhau nhưng không xảy ra sự phá vỡ mặt phân cách và kết hợp giữa các chất lỏng bên trong giọt Các tác nhân tạo nhũ đã tạo ra một rào chắn phân tử giữa các đung dịch, hàng rào chắn này có thể giữ vững ở một áp suất nhất định Lưu ý đến hiện tượng thứ nhất, sự cân bằng giữa các mặt phân cách và dung dịch chất có hoạt tính bề mặt Đường đẳng nhiệt hấp thụ của Gibbs đưa ra mức

độ của sức căng mặt phân cách, - d , do việc làm tăng thêm chất tan, (sao cho làm tăng hoạt tính nhiệt động ai của nó nhờ một lượng dai )

Ở đây, Γi ; là lượng hấp phụ của hợp chất i trên một đơn vị diện tích theo quy ước của Gibbs ( tức là dung môi làm chất không háp phụ ) Có ba trường hợp đặc biệt đáng chú ý, ở đây được đề cập một cách đơn giản đến nồng độ Trường hợp nếu i đơn giản là hợp chất không ion trong dung dịch pha loãng

ai ci;

- Trường hợp nếu chất có hoạt tính bề mặt là chất phân ly phân tác thành hai con và không có một lượng đáng kể chất phân ly nào khác thì d(lnai) = 2d (lnf ci) Ở đây f là hệ số hoạt hoá lớn trung bình của chất phân ly ở nồng độ thường

- Trường hợp chất có hoạt tính bề mặt ton nồng độ loãng được thêm vào một lượng dung dịch đặc hơn tương ứng của chất phân ly không hoạt động bề mặt, chẳng hạn như NaCl , d (lnai) = d (lnf ci) Ở đây f là hệ số hoạt hoá thích hợp với chất có hoạt tính bề mặt ở trạng thái trung bình Nếu các dung dịch là loãng, các hệ số hoạt tính có thể được ước tính theo thuyết của Debye - Huckel hoặc một vài phần mở rộng của thuyết này

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

Tính co dãn bề xuất hiện do độ không đồng đều của bề mặt hoặc lực căng của mặt phân cách Điều này không thể xảy ra đối với các chất lỏng nguyên chất, mà chỉ xảy ra với các dung dịch tuỳ thuộc vào sự hấp phụ Sự thay đổi của lực căng bề mặt có thể xuất hiện theo hai cách:

+ Thứ nhất: Nếu bề mặt nguyên chất hoặc bế mặt hiện có được kẻo giãn (như khi bong bóng giãn nở)có xu hướng cho quá trình hấp phụ đến sự chậm lại sau việc tăng diện tích bề mặt Do đó, giá trị trung bình cục bộ của Γi giảm xuống thấp hơn thấp hơn giá trị cân bằng và lực căng bề mặt tăng lên về phía dung môi nguyên chất yo

Hiệu quả này được thấy rõ bằng các dung dịch xà phòng rất loãng bởi phương pháp rung động băng tia để xác định lực căng bề mặt, chúng thể hiện đối với 0,001 giây thứ nhất sau khi định dạng bề mặt mới lực căng của nó thực

tế là của nước nguyên chất, khoảng 0, 05 giây lực căng giảm thực tế đến giá trị cân bằng

Ngược lại, nếu bề mặt bị giảm diện tích, lực căng cục bộ bị giảm xuống thấp hơn giá trị cân bằng bởi vì thời gian xác định cần thiết cho chất hoạt tính bề mặt

dễ tan vỡ và khuếch tán Sự khác nhau giữa lực căng đọng và lực căng tĩnh đã được biết đến trong hiệu ứng Maragoni Việc xử lý định lượng đã được thử băng cách sử dụng phương trình Szyszkowski(1908) Vấn đề này là rất khó khăn bởi vì sự phức tạp của chuyển động đối lưu, thế năng cản trở sự hấp thụ và

sự giới hạn không gian để chèn các phân tử vào lớp hấp phụ đã đầy một phần

Về mặt định tính, rõ ràng răng hiệu ứng này là lớn nhát đối với dung dịch rất loãng của các hợp chất hoạt động bề mặt cao, bao gồm các chất có hoạt tính bề mặt cao phân tử chẳng hạn như các Protein

+ Thứ hai: Tính co giãn bề mặt là hiệu ứng Gibbs Điều này áp dụng cho màng dãn nở của chất lỏng như trong màng dầu hay màng chắn chất lỏng giữa hai giọt dầu va chạm nhau Do sự chậm lại trong hấp phụ, bề dày màng không thể mỏng đến vô hạn mà không bị tan trong chất có hoạt tính bề mặt, do đó dẫn đến sự tăng lực căng bề mặt, thậm chí trong điều kiện tĩnh lý tưởng Kết quả là lực căng của màng mỏng tăng cùng với sự dãn nở

Trong các hệ nhũ tương, cả hiệu ứng Marangoni lẫn hiệu ứng Gibbs đều góp phần vào sự ổn định tạm thời của các màng chất lỏng vì ở bất kì điểm nào nơi

mà các ngoại lực đang có xu hướng làm mỏng dần các màng phân cách, việc tăng cục bộ của lực căng bề mặt nảy sinh chống lại sự mỏng đi đó