Nghiên cứu về chất hoạt động bề mặt

Nghiên cứu về chất hoạt động bề mặt

A.Lời nói đầu Công nghệ hóa học coi ngành khoa học có lịch sử lâu đời lịch sử nhân loại.Từ ngàn xưa trọng phát triển có nhiều ứng dụng thiết thực sống Cùng với thời gian, hóa học ngày có bước tiến vượt bậc trở thành ngành quan trọng, có ảnh hưởng lớn tới phát triển ngành khác Một ứng dụng phổ biến ngành hóa việc sử dụng chất hoạt động bề mặt để sản xuất chất tẩy rửa đời sống sinh hoạt ngày, hay sử dụng chúng để làm chất xúc tác phản ứng công nghiệp nhằm nâng cao hiệu suất sản xuất trình công nghiệp Việc sử dụng chất HĐBM có lịch sử lâu dài, từ người ta nhận thấy vài dịch ép thực vật, saponin glycosit từ bồ kết hỗ trợ trình giặt rửa Từ công nghệ sản xuất xà phòng phát triển nhờ áp dụng trình hóa học xà phòng hóa (thủy phân kiềm) dầu mỡ động vật thực vật Sự phát triển mạnh công nghệ chất HĐBM diễn với trình công nghiệp hóa, công nghiệp dệt may Nhưng đó, chất HĐBM dùng chủ yếu chất giặt rửa Vào năm 1950, việc chuyển từ bột xà phòng dễ bị phân hủy sinh học đến bột chất tẩy rửa bị phân hủy sinh học chậm làm xuất nhu cầu đòi hỏi làm giảm tác động môi trường chất tẩy rửa Các sông sủi bọt mối lo lắng dẫn đến nghiên cứu phân hủy sinh học, mà kết thay đổi cấu trúc mạch cacbon phân tử chất HĐBM, nhờ tượng ô nhiễm bọt sông hạn chế nhiều Page Cùng với nhận thức sâu sắc môi trường phát triển bền vững, ngày có nhiều nghiên cứu hướng vào mở rộng mục tiêu Ngoài việc thân chất HĐBM trở nên thân thiện với môi trường, hóa chất sử dụng cho mục đích khác Chẳng hạn, sơn trình tẩy dầu mỡ ngày phối chế dung môi nước, nhờ chất HĐBM, cho phép giảm lượng chất hữu dễ bay phát thải vào khí Chẳng hạn,ứng dụng chất HĐBM làm tác nhân tạo độ ẩm, chất tạo nhũ, tăng độ tan, diệt khuẩn, chất chống nhiễm tĩnh điện, chống ăn mòn Trong này, nhóm tham gia nghiên cứu giới hạn đến số ứng dụng quan trọng phổ biến ngành công nghệ chất vô cơ: 1_Ứng dụng sản xuất chất tẩy rửa 2_Ứng dụng tuyển khai thác khoáng sản 3_Ứng dụng làm bền hệ nhũ tương điều chế hạt nano Bài viết tìm hiểu nghiên cứu kĩ tránh khỏi sai sót Chúng mong nhận góp í thầy cô bạn bè Xin chân thành cảm ơn! Page B_Nội Dung I_Giới thiệu chất hoạt động bề mặt Chất hoạt động bề mặt (Surfactant, Surface active agent) chất làm ướt có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt chất lỏng Quá trình tìm hiểu chất hoạt động bề mặt có liên quan đến yếu tố sức căng bề mặt thấm ướt vật chất 1_ Khái niệm sức căng bề mặt (SCBM) Con nhện nước đứng mặt nước Mưa rơi thành hạt mà không tan thành nước Khi đổ nước vào cốc, bỏ nhẹ viên sỏi nhỏ vào, nước nhô cao lên khỏi miệng mà không tràn ngoài, cốc đậy nắp vô hình Những tượng giải thích nhờ khái niệm SCBM a.Nguồn gốc SCBM:( σ ) SCBM có chất chênh lệch lực tương tác phân tử với Lực tương tác phân tử tăng SCBM lớn Nó khiến phân tử bề mặt chất lỏng thể đặc tính màng chất dẻo chịu lực kéo căng Page Các phân tử lòng chất lỏng chịu ảnh hưởng lực phân tử từ phân tử xung quanh Với phân tử nằm chất lỏng, chúng bao quanh cách đối xứng phân tử chất lỏng loại khác, nên lực tổng cộng cân thành Ở bề mặt chất lỏng, bên phân tử bị phân tử loại tương tác với lực khác bên phân tử khác loại (Chân không, không khí hay chất lỏng khác) Lực tổng cộng kéo phân tử bề mặt vào bên chất lỏng, trường hợp bề mặt giọt nước không khí, hay đẩy phía ngược lại, trường hợp giọt nước bám vào thành ống mao dẫn Mô hình lực tương tác phân tử bề mặt chất lỏng Đây hiệu ứng làm cho giọt nước không khí có hình cầu, hỗ trợ thực vật vận chuyển nước từ rễ lên đến thông qua hệ mạch dẫn phloem tượng mao dẫn, giúp nhện nước bò mặt nước, giải thích trạng thái cân nhũ tương tác dụng tẩy rửa xà phòng nói riêng hay hoạt tính nói chung chất hoạt hóa bề mặt, b.Năng lượng tự bề mặt (Gs) Khi nhìn phân tử tiếp xúc qua lại với phân tử láng giềng, phân tử phía có nhiều láng giềng Nhưng phân tử ranh giới có láng giềng phân tử phía chúng trạng thái bất ổn định có lượng Page cao, gọi lượng bề mặt Để tối giản lượng đó, phải tối giản số lượng phân tử ranh giới phải tối giản diện tích bề mặt Gs = k.S Trong đó: _S diện tích bề mặt chất lỏng _k hệ số tỉ lệ, đặc trưng cho cường độ tương tác phân tử K phụ thuộc áp suất nội, nhiệt độ, chất dung dịch lỏng Năng lượng Gs tỉ lệ với diện tích bề mặt S Diện tích bề mặt lớn lượng bề mặt cao, hệ lỏng bền Chính vậy, chất lỏng có xu hướng tối thiểu lượng bề mặt trạng thái bền Cùng thể tích chất lỏng giọt chất lỏng lớn, diện tích bề mặt bé Đó nguyên nhân tách pha hệ nhũ tương, hệ phân tán Khi làm tăng diện tích bề mặt từ S1 → S2 (S2 > S1), có lường bề mặt tương ứng: Gs1 = k.S1 Gs2 = k.S2 ( lượng tự bề mặt tăng ) →∆Gs = Gs1 – Gs2 = k.(S1 – S2) → Cần cung cấp cho hệ công A, với: -A = ∆Gs = k ∆S K = ∆Gs /∆S = -A/∆S → Đặt σ = k = ∆Gs /∆S = -A/∆S (*) Page c.Định nghĩa sức căng bề mặt: Định nghĩa suy từ công thức (*) : Sức căng bề mặt công học thực lực căng làm cho diện tích bề mặt thay đổi đơn vị đo diện tích Như mật độ diện tích lượng; ý nghĩa mang lại tên gọi lượng bề mặt cho đại lượng vật lý Cũng định nghĩa sức căng bề mặt lực căng đơn vị chiều dài đường giao tuyến mặt chất lỏng mặt rắn Trong hệ đo lường quốc tế [SI], đơn vị đo sức căng bề mặt J /m² N/m 2_Các yếu tố ảnh hưởng đến sức căng bề mặt a.Bản chất dung dịch lỏng: b.Nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng, lực tương tác phân tử lớp bề mặt chất lỏng giảm nên sức căng bề mặt giảm Page Ta có công thức: a = -dσ/ dT => σ T – σ To = -a ( T - To ) Trong đó: a: hệ số phụ thuộc chất chất lỏng σ: sức căng bề mặt (dyn/cm) (N/m²) To: nhiệt độ điều kiện chuẩn(25ºC) T: nhiệt độ thời điểm đo => Khi nhiệt độ tăng, sức căng bề mặt giảm => việc tăng nhiệt độ có lợi cho việc hình thành hệ vi nhũ tương.Tuy nhiên tăng nhiệt độ lên cao nói làm phá hủy hạt dầu nên việc chọn nhiệt độ thích hợp cần thiết việc tạo hệ vi nhũ tương c.Chất HĐBM: Chất HĐBM dùng để làm giảm sức căng bề mặt chất lỏng Nếu có nhiều hai chất lỏng không hòa tan chất hoạt hóa bề mặt làm tăng diện tích tiếp xúc hai chất lỏng Khi hòa chất hoạt hóa bề mặt vào chất lỏng phân tử chất HĐBM có xu hướng lên bề mặt chất lỏng, tạo đám (micelle), làm cho cấu trúc hệ thay đổi → giảm lượng bề mặt → giảm sức căng bề mặt → tăng khả hòa tan nước, hòa tan dung môi không phân cực dầu, giúp cho trình vật lí, hóa học diễn dễ dàng Nguyên lí làm giảm sức căng bề mặt chất HĐBM có tính ứng dụng cao rộng rãi nhiều lĩnh vực Về chế nó, ta tìm hiểu phần sau *.Quan hệ sức căng bề mặt độ tan pha lỏng: Page Khi trộn chất lỏng vào nhau, xảy tượng sau: - Hai chất lỏng tan lẫn vô hạn vào nhau, không tồn bề mặt phân chia pha - Hai chất lỏng hoàn toàn không tan lẫn - Hai chất lỏng tan lẫn có giới hạn vào nhau, tách lớp tạo pha dung dịch: A tan bão hòa B B tan bão hòa A Sức căng bề mặt bề mặt pha lỏng tiếp xúc nhỏ sức căng bề mặt chất lỏng riêng biệt Chúng liên hệ với theo qui tắc Anatoli: - Nếu chất lỏng không tan lẫn, sức căng bề mặt bề mặt tiếp xúc hiệu sức căng bề mặt pha lỏng - Nếu chất lỏng tan có giới hạn sức căng bề mặt tiếp xúc tỉ lệ với hiệu sức căng bề mặt chất thành phần Nếu độ phân cực chất lỏng khác biệt sức căng bề mặt tiếp xúc lớn - Trường hợp độ phân cực chất lỏng sức căng bề mặt tiếp xúc → chất lỏng tan vô hạn vào 3_ Chất hoạt động bề mặt (HĐBM) a.Cấu tạo: Cấu tạo chất HĐBM gồm phần: - Phần có cực (Hydrophile): nhóm chức có cực: - COO‾, - CONH2, - C6H4SO3‾, - SO3‾, Các nhóm liên kết mạnh với dung môi có cực (như H2O) nên phần có cực gọi đầu ưa nước - Phần không cực (Hydrophobe): gốc hidrocacbon Các gốc liên kết tốt với dung môi không phân cực nên gọi đuôi không cực ( ưa dầu) Page Một chất HĐBM gồm nhóm: ưa nước ưa đầu kết hợp với phân tử nên gọi chất HĐBM lưỡng chức Kí hiệu: b.Phân loại: Tùy theo tính chất mà chất HĐBM phân theo loại khác Nếu xem theo tính chất điện đầu phân cực phân tử chất HĐBM phân chúng thành loại sau: • Chất hoạt hóa ion: bị phân cực đầu phân cực bị ion hóa o Chất hoạt hóa dương: bị phân cực đầu phân cực mang điện dương, ví dụ:  o Cetyl trimetylammonium bromua (CTAB) Chất hoạt hóa âm: bị phân cực đầu phân cực mang điện âm   Natri dodecyl sulfat (SDS) Page  N-Lauroylsarcosine Sodium  Sodium deoxycholate (DOC) Natri deoxycholate (DOC)  • Chất hoạt hóa phi ion: đầu phân cực không bị ion hóa, ví dụ: Lauryldimethylamine-oxide (LDAO) • • Chất hoạt hóa lưỡng cực: bị phân cực đầu phân cực mang điện âm mang điện dương tùy vào pH dung môi, Ví dụ: amino acid b.Cơ chế làm giảm sức căng bề mặt chất HĐBM: Các chất lỏng phân cực dễ tan dung môi phân cực Và ngược lại, chất không phân cực dễ tan dung môi không phân cực Chất HĐBM có đầu phân cực không phân cực tan dung môi phân cực ( nước ) có xu hướng lên bề mặt chất lỏng,định hướng vuông góc vơi bề mặt, cho nhóm ưa nước nằm bề mặt, nhóm kị nước hướng tạo thành màng lỏng bề mặt Page 10 Đây phương pháp tinh chế quặng cách hiệu dễ áp dụng, đồng thời hiệu suất thu hồi quặng cao Trong quy trình Crago, ban đầu quặng phốtphát sàng để loại bỏ đất sét mịn chia thành loại: quặng dạng đá sỏi, quặng thô quặng mịn Phần quặng dạng đá sỏi sử dụng tinh quặng phốtphat mà không cần xử lý tinh chế tiếp Nhưng phần quặng mịn chứa khoảng 70% cát nên phải tinh chế tuyển giai đoạn: _Tuyển anion: chất gom anion, sử dụng để tuyển quặng phốtphat, có thành phần chủ yếu axit béo, dầu nhiên liệu dầu tái chế thu từ ngành sản xuất dầu mỏ Axit béo thu hồi từ ngành sản xuất giấy Dầu nhiên liệu đóng vai trò quan trọng làm tăng hiệu axit béo giảm liều lượng sử dụng Hỗn hợp bùn quặng khuấy kỹ trước xả vào bể tuyển Quá trình tuyển anion cho phép loại bỏ khoảng 80-90% cát đất sét sót _Làm sạch: Trước tiến hành tuyển giai đoạn 2, người ta loại bỏ thuốc gom cation cách đưa axit sunfuric vào bùn quặng Sau hỗn hợp khuấy, rửa tách nước _Tuyển cation: Để tinh chế quặng đạt chất lượng tiêu chuẩn sử dụng cho sản xuất hóa chất chứa phốtpho, người ta loại bỏ cát giai đoạn tuyển ngược Trong giai đoạn tuyển này, phế thải cho lên trên, tinh quặng phốtphat nằm lại bên người ta sử dụng thuốc gom cation từ nhóm amin Nhìn chung, phân tử thuốc gom lớn bao bọc hạt cát phế thải tốt hơn, đồng thời bám dính vào bọt không khí tốt Ngoài ra, người ta bổ sung dầu hỏa dầu điêzen để kéo dài thời gian sử dụng amin đắt tiền Đặc biệt, giai đoạn theo cát mịn nước (có nước tái sử dụng tách rời từ hạt đất sét lớn) có Page 25 thể làm tăng mạnh mức tiêu thụ amin, làm tăng chi phí sản xuất Nhiều loại amin sản xuất phản ứng phế thải từ ngành sản xuất công nghiệp, ví dụ ngành sản xuất giấy ngành khai thác dầu mỏ Thường khó xác định loại amin hiệu loại quặng cụ thể, trước áp dụng người ta phải tiến hành nhiều thử nghiệm phòng thí nghiệm Để tăng tiếp hiệu thuốc gom làm cho chúng phân tán tốt hỗn hợp bùn quặng, người ta thường bổ sung axit để tạo thành muối nhiệt độ phòng, muối thường trạng thái rắn phải vài phân tán nước Vì vậy, chúng thường phối trộn với hóa chất khác để có trạng thái lỏng nhiệt độ gần nhiệt độ phòng dễ phân tán Khi trình tuyển hoàn thành, sản phẩm tinh quặng bơm đến xyclon tách nước *.Các thuốc tuyển thường dung trình tuyển quặng phốt-phát: _Axit oleic kỹ thuật: thuốc tập hợp hữu truyền thống sử dụng để tuyển quặng Apatit photphorit, sản xuất phương pháp thuỷ phân dầu mỡ động vật, thực vật Page 26 (Sản xuất thuốc tuyển) Thành phần axit béo bản: acid oleic C 17H33COOH, acid palmitic C15H31COOH, acid stearic C17H35COOH (khoảng 92-97%) chất không xà phòng hoá (2,5 -6,5%) _Dầu tallo (TM) dầu tallo tinh luyện (DTM): thuốc tập hợp hữu thông dụng thực tiễn tuyển quặng Apatit Liên Xô (cũ) Dầu tallo sản phẩm phụ công nghệ sản xuất xenlulo, điều chế theo công nghệ phân tách xà phòng sunfat axit sunfuric Dầu tallo tinh luyện sản xuất cách chưng cất dầu tallo lấy phân đoạn 200oC-235oC Thành phần hoá học dầu chủ yếu axit béo axit nhựa TM Page 27 _Axit béo kỹ thuật (TжK): TжK sản phẩm phụ công nghệ sản xuất axit béo đa chức Thành phần hoá học chủ yếu hỗn hợp axit béo (axit stearic, axit palmitic, axit oleic, axit linoleic, axit oxystearic) lượng nhỏ chất không xà phòng hoá _Thuốc tập hợp MTK: thuốc tập hợp cộng hoà Liên bang Nga, sản xuất thử quy mô pilot để tuyển quặng Apatit loại III thay cho loại thuốc tập hợp truyền thống, đưa vào Việt Nam nghiên cứu tuyển thử với quặng Apatit loại III Lào Cai mức độ phòng thí nghiệm Loại thuốc đánh giá thay TжK Thành phần chủ yếu MTK: axit béo chất phụ gia đặc biệt _Thuốc tập hợp B жC: thuốc tập hợp từ lâu dùng để tuyển quặng apatit BжC thử sử dụng để tuyển quặng apatit loại III Lào Cai BжC sản phẩm ôxi hoá trực tiếp hydrocacbon Thành phần hỗn hợp chất hữu chứa oxi: rượu béo 44,7-53,6% (glycol); axit béo 36-29% (các acid monocacboxylic mạch nhánh) BжC có ưu điểm nhạy cảm với môi trường nước cứng có tác dụng chọn lọc quặng apatit điều kiện có nhiều slam _Thuốc tập hợp MK 17-21:MK17-21 hỗn hợp axit monocacboxylic có mạch cacbon từ C17-C21, gốc có cấu trúc thẳng phân nhánh, chế tạo cách trực tiếp oxi hoá izoparaphin oxi không khí tách từ phân đoạn axit béo tổng hợp MK17-21 tương đối trơ với thay đổi thành phần ion bùn quặng tuyển Page 28 _Thuốc tập hợp AAK: Được sử dụng rộng rãi để tuyển quặng Apatit năm gần đây, AAK chế tạo qua giai đoạn ngưng tụ muối natri axit aminohexanic với axit béo bậc cao nhiệt độ 1600C - 2000C AAK tuyển hữu hiệu quặng apatit cacbonat Tính chọn lọc quặng apatit tăng nhiều sử dụng AAK với thuốc tập hợp axit béo biến tính khác Trong phòng thí nghiệm nghiên cứu tuyển AAK với quặng apatit loại III Lào Cai _Thuốc tập hợp KTM: KTM loại thuốc tập hợp tuyển quặng Apatit hoàn toàn Là sản phẩm ngưng tụ hỗn hợp axit béo dầu tallo với cacbamit Thuốc tập hợp KTM coi thuốc đặc chủng có tính chọn lọc cao quặng apatit Nghiên cứu cho thấy KTM dùng thay TжK để tuyển apatit Lào Cai _Thuốc tập hợp dạng ankyl sunfosuccinat:Ankyl sunfosuccinat chất hoạt động bề mặt dạng anion, nghiên cứu từ năm 40 sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực tẩy rửa, công nghiệp dệt, mỹ phẩm, tuyển quặng với thành phần ankyl sunfosuccinat Các thuốc tập hợp dạng N - ankylmonoamid, ankyleste axit ankyl (ankenyl) succinic coi thuốc tập hợp mới, đặc chủng có tính chọn lọc riêng cao, tuyển có hiệu quặng Apatit Page 29 _Thuốc tập hợp VH-2004:Thuốc tập hợp VH-2004 hỗn hợp axit béo no không no với mạch hidrocacbon từ C10-C22, điều chế cách oxi hoá phân đoạn khác parafin tách từ dầu mỏ thuỷ phân từ dầu mỡ động thực vật Thuốc tập hợp VH-2004 bước đột phá công nghệ chế tạo thuốc tập hợp tuyển Apatit loại III nước Hiện , loại thuốc tập hợp sử dụng có hiệu để tuyển quặng Apatit loại III nhà máy tuyển Apatit Lào Cai _Thuốc tập hợp MD: Thuốc tập hợp Thuỵ Điển hỗn hợp axit béo với chiều dài mạch hidrocacbon khác cộng với số phụ gia khác 3_Ứng dụng chất HĐBM làm bền hệ nhũ tương: a.Khái niệm hệ nhũ tương: - Nhũ tương: hệ phân tán cao hai pha lỏng mà thông thường không hòa tan với bao gồm: - Môi trường phân tán (thể ngoài): có tính liên tục - Pha phân tán (thể trong): tồn dạng hạt nhỏ có đường kính từ 0,1 đến 10 micromet phân bố môi trường phân tán, có tính gián đoạn VD: loại mủ cây, nhựa, trứng gà, sữa, sản phẩm công nghiệp: sơn, mĩ phẩm - Vi nhũ tương: hệ nhũ tương đặc biệt có cấu tử thành phần hệ: nước - dầu - chất hoạt động bề mặt ưa nước - chất hoạt động bề mặt ưa dầu Hệ dung dịch đẳng quang thuộc tính nhiệt động ổn định Quan sát kính hiển vi, vi nhũ trông Page 30 dung dịch đồng thể, thước phân tử lại hệ dị thể Cấu trúc bên cùa vi nhũ nhiệt độ cho trước định tỉ lệ hợp phần Cấu trúc gồm giọt nano nhỏ hình cầu đơn kích thước pha chuyển tiếp Trong hình 1, cấu trúc khác vi nhũ nồng độ cho trước chất hoạt động bề mặt trình bày khái quát Ở nồng độ cao nước, cấu trúc bên vi nhũ bao gồm droplet dầu pha tiếp giáp nước Với tăng nồng độ dầu, mặt phân pha hình dạng xác định hình thành Ở nồng độ dầu cao, mặt phân pha chuyển thành cấu trúc droplet nước pha tiếp giáp dầu (mixen nghịch), gọi vi nhũ nước/dầu Giá trị kích thước droplet khác từ 10 tới 100 nm phụ thuộc vào loại chất hoạt động bề mặt Nó hệ nhạy với nhiệt độ, đặt biệt với trường hợp chất hoạt động bề mặt không ion Như thấy hình 1, việc tăng nhiệt độ phá hủy hạt dầu hạt nước bị phá hủy giảm nhiệt độ Ngoài vùng tương ứng với dung dịch vi nhũ, hệ pha tồn Hình 1: Cấu trúc hiển vi vi nhũ nồng độ chất hoạt động bề mặt cho trước với ảnh hưởng nhiệt độ nồng độ nước Page 31 - Phân loại nhũ tương: +Nhũ tương thuận: nhũ tương mà pha dầu phân tán pha nước (O/W) hay gọi mixen thuận +Nhũ tương nghịch: nhũ tương mà pha nước phân tán pha dầu (W/O) hay gọi mixen nghịch b.Nhiệt động học vi nhũ tương, chất nhũ hóa Nhũ tương hệ dị thể có bề mặt phân chia pha lớn nên không bền mặt nhiệt động có xu hứng co cụm lại để giảm lượng bề mặt Để lâu, nhũ tương bị tách lớp Để chống lại tách lớp này, người ta đưa biện pháp, chất làm bền hệ nhũ tương gọi chất nhũ hóa Các loại chất nhũ hóa: _ Các hợp chất cao phân tử _Các hợp chất HĐBM _Các bột rắn mịn: oxit SiO2, oxit Al2O3, bột than, Ta xét chế làm bền hệ nhũ tương chất HĐBM Đó chất tan vào dung môi làm giảm sức căng bề mặt dung dịch theo phương trình Shycopxky: σ' = σ – A ln(1+BC) Với tính chất vừa ưa nước, vừa ưa dầu, chất HĐBM nằm bề mặt hạt nhũ tương, bao quanh ngăn cản hạt lỏng tiếp xúc với Page 32 Từ công thức Shicopxky ta thấy dung dịch chất HĐBM sức căng bề mặt nước nguyên chất lớn sức căng bề mặt dung dich, muốn hình thành hệ vi nhũ tương thiếu chất HĐBM Để tạo hệ vi nhũ tương bền lượng chất hoạt động bề mặt phải nhiều hệ nhũ tương Vi nhũ tương bền mặt nhiệt động nên điều chế không cần cung cấp nhiều lượng để pha trộn thành vi nhũ tương Vi nhũ tương tồn độc lập cân pha với pha nước pha dầu sức căng bề mặt nhỏ c.Điều chế hạt nano phương pháp vi nhũ tương Theo quan điểm tạo hạt, hệ vi nhũ với cấu trúc bên gồm droplet (giọt) quan tâm Vi nhũ nước/dầu quan tâm nhiều tạo ngăn nhỏ tạo cấu tạo nên hidrophilic moiety chất hoạt động bề mặt làm đầy nước Trong hydrophilic bên droplet này, lượng chất hòa tan nước phân tán, ví dụ, muối kim loại chuyển tiếp mà sau dùng làm tiền chất để cuối tạo hạt kim loại Như phát biểu trước, hệ nhạy cảm với nhiệt độ tính chất vật lý hóa học thành phần Do đó, việc chọn hệ vi nhũ trường hợp tạo hạt nano quan trọng, hệ ổn định nhiệt độ phòng nhiệt độ cao (70o) Có hai cách để tạo hạt nano từ vi nhũ: Trộn lẫn hai vi nhũ, chứa tiền chất (precursor) chứa chất keo tụ (precipitating agent) (hình 2a) Thêm chất keo tụ trực tiếp vào vi nhũ chứa kim loại tiền chất (hình 2b) Page 33 Hình 2: Sơ đồ tạo hạt từ vi nhũ *.Nồng độ chất hoạt động bề mặt ảnh hưởng kích thước hạt nano Kích thước hạt kim loại cuối phụ thuộc vào kích thước hạt vi nhũ Kích thước hạt bị ảnh hưởng tỉ số nước chất hoạt động bề mặt, ω Việc tăng tỉ số nồng độ xác định chất hoạt động bề mặt tăng đường kính trung bình droplet Lisiecki Pileni thông báo kích thước hạt nano Cu tạo từ hệ gồm AOT, xiclohexan nước tăng từ tới 10 nm ω thay đổi từ tới 10 Khi lượng nước dầu giữ giá trị thích hợp việc tăng lượng chất HĐBM tăng số droplet Điều nghĩa số ion kim loại droplet giảm làm giảm kích thước hạt Một số nghiên cứu cho thấy kích thước droplet có ảnh hưởng lớn tới kích thước hạt sau keo tụ tiền chất Tuy nhiên, tương quan trực tiếp kích thước droplet (10100 nm) với kích thước hạt thu Trong trường hợp hạt platin, nồng độ ion PtCl 62- vi nhũ PEGDE (pentaetilenglicol dodecylete), hexan nước 1,55.10 20 ion/dm3 số ion PtCl62- droplet ước lượng Phân tích TEM cho Page 34 phát kích thước trung bình hạt Pt 35 Å, tương đương với 100-1500 nguyên tử kim loại phụ thuộc hình dạng hạt Điều cho thấy hạt cuối không hình thành phía droplet mà hình thành nhân Hệ vi nhũ nhiệt động với nghĩa suốt trình hình thành hạt tổng số va chạm xảy không đổi Sự hình thành hạt gồm bước: trình tạo nhân droplet, sau trình tụ hợp để hình thành hạt cuối Tốc độ lớn hạt bị điều khiển có mặt chất hoạt động bề mặt, chúng giới hạn nhân không cho phát triển nhanh Do đó, hạt phát triển tốc độ, giúp cho việc hình thành hạt phân bố kích thước đồng Kết huyền phù hạt có kích thước nhỏ ổn định ngăn cản tập hợp chất hoạt động bề mặt mà chúng kết tụ nhiều Kích thước droplet ảnh hưởng kích thước nhân kích thước hạt cuối bị khống chế phân tử chất hoạt động bề mặt bao quanh C_Lời kết Các chất hoạt động bề mặt (HĐBM) ứng dụng nhiều sản phẩm trình Tuy tham gia vào thành phần sản phẩm để tẩy sạch, giặt rửa vệ sinh cá nhân ứng dụng lớn chất HĐBM, nhiều ứng dụng khác cho thấy tính đa dạng hóa học chất HĐBM đáp ứng nhiều nhu cầu đại Cấu trúc gồm hai đầu dầu, nước làm cho chất HĐBM có tính chất hữu ích tác nhân tạo độ ẩm, chất tạo nhũ, chất phân tán, chất tăng độ tan, chất điều chỉnh bề mặt, chất diệt khuẩn, chất Page 35 tẩy rửa, chất tạo bọt, chất biến đổi độ lưu biến, chất chống nhiễm tĩnh điện chất chống ăn mòn Trong tương lai, với áp dụng mới, chất HĐBM đề xuất, chất HĐBM từ thực vật: ankyl glycosit, sucroza este sorbitan este Những chất HĐBM từ nguồn thực vật thay đổi trình sản xuất an toàn môi trường, độc, từ nguyên liệu tái sinh dễ dàng bị phân hủy sinh học Rất thân thiện với môi trường, chất HĐBM loại thích hợp với chu trình cacbon: CO2 cối lấy từ khí lại trả lại chất HĐBM bị phân hủy sinh học Ngược lại, sản phẩm dựa nguồn dầu khí có đẩy thêm CO vào khí cuối chúng bị phân hủy sinh học Tuy nhiên, tạo tất chất HĐBM từ thực vật nên luôn cần đến nguồn dầu khí cho phản ứng (Ví dụ phản ứng etoxyl hóa), theo đường gián tiếp qua việc sử dụng lượng vận tải Gần đây, việc phát triển chất HĐBM lưỡng hợp (Gemini) mở khả Trong Gemini có hai loại chất HĐBM gắn với nhóm cầu Cấu trúc Gemini có tính chất điol axetylenic Những chất HĐBM kiểu có khả làm giảm sức căng bề mặt tốt tính chất tạo bọt nhờ liên kết axetylenic giữ mạch dầu Những điol thích hợp cho việc ứng dụng che phủ bề mặt Lĩnh vực sôi động hóa học chất HĐBM tương lai phát triển HĐBM Gemini để đưa phân tử hoạt động sinh học vào tế bào sống nhằm chuyển chất thuốc trực tiếp tới đích Hay, việc xử lý hội chứng đau thở, đòi hỏi phải sử dụng chất HĐBM phổi (lung surfactant) Theo truyền thống, sản phẩm xuất Page 36 phát từ phổi động vật, ngày có sản phẩm bán tổng hợp, cho thấy sản phẩm tổng hợp loại có vai trò lớn Cùng với xuất hóa học nano, có cấu trúc dầu, nước, nên HĐBM xuất hiện tượng tự tập hợp chúng tạo thành mixel, bong bóng rỗng hay cấu trúc tinh thể lỏng Do hình thành bong bóng rỗng, chất HĐBM cho nhà nghiên cứu hiểu photpholipid tự tập hợp để tạo thành màng tế bào Những ví dụ chứng tỏ tương lai công nghệ chất HĐBM đảm bảo sản phẩm có tính đa dạng lớn, đáp ứng yêu cầu đặc biệt Nghiên cứu chất HĐBM 1đề tài thú vị cần thiết cho xã hội Page 37 Mục lục trang A.Lời nói đầu B.Nội dung I_Giới thiệu chất hoạt động bề mặt 1_ Khái niệm sức căng bề mặt (SCBM) 2_Các yếu tố ảnh hưởng đến sức căng bề mặt 3_ Chất hoạt động bề mặt (HĐBM) Hiện tượng thấm ướt II_Ứng dụng chất hoạt động bề mặt 1_Ứng dụng chất HĐBM sản xuất chất tây rửa ( xà phòng ) 2_Ứng dụng chất hoạt động bề mặt vào quy trình tuyển quặng công nghiệp 3.Ứng dụng chất HĐBM làm bền hệ nhũ tương C.Lời kết Tài liệu tham khảo…………………………………………… Page 38 Tài liệu tham khảo Các website: • Www.en.wikipedia.org • Www.online-tensiometer.com • Www.sita-online.com • Www.vi.wikipedia.org • Http://vn.answers.yahoo.com • Www.vinachem.com.vn • Http://articles.gourt.com • Www.hoahocvietnam.com • www.ips.gov.vn Giáo trình: • Hóa lí & Hóa keo_Tác giả: Nguyễn Hữu Phú_ NXB Khoa học kĩ thuật • Các sản phẩm tẩy rửa chăm sóc cá nhân _Tác giả: Louis Hồ Tấn Tài Page 39 [...].. .Chất HĐBM nổi lên trên bề mặt nước Công thức tính sức căng bề mặt của dung dịch σ' = σ – A ln(1+BC) C: nồng độ chất HĐBM A,B: hằng số - B phụ thuộc vào bản chất của chất HĐBM - A phụ thuộc vào nhiệt độ σ: sức căng bề mặt của nước nguyên chất Từ biểu thức có thể nhận xét rằng, Sức căng bề mặt phụ thuộc vào nồng độ của chất HĐBM Khi nồng độ của chất HĐBM còn nhỏ, các phân tử chất HĐBM bị đẩy lên bề mặt. .. nghịch b.Nhiệt động học của vi nhũ tương, chất nhũ hóa Nhũ tương là hệ dị thể có bề mặt phân chia pha rất lớn nên không bền về mặt nhiệt động và có xu hứng co cụm lại để giảm năng lượng bề mặt Để lâu, nhũ tương sẽ bị tách lớp Để chống lại sự tách lớp này, người ta đưa ra các biện pháp, các chất làm bền hệ nhũ tương gọi là chất nhũ hóa Các loại chất nhũ hóa: _ Các hợp chất cao phân tử _Các hợp chất HĐBM... thuộc vào loại chất hoạt động bề mặt Nó cũng chỉ ra rằng hệ rất nhạy với nhiệt độ, đặt biệt với trường hợp chất hoạt động bề mặt không ion Như đã thấy ở hình 1, việc tăng nhiệt độ sẽ phá hủy các hạt dầu trong khi những hạt nước bị phá hủy khi giảm nhiệt độ Ngoài vùng tương ứng với dung dịch vi nhũ, một hệ 2 pha tồn tại Hình 1: Cấu trúc hiển vi của vi nhũ ở một nồng độ chất hoạt động bề mặt cho trước... phù các hạt có kích thước nhỏ được ổn định bởi sự ngăn cản của tập hợp các chất hoạt động bề mặt mà do đó chúng không thể kết tụ nhiều hơn Kích thước của các droplet ảnh hưởng kích thước nhân nhưng kích thước của các hạt cuối cùng sẽ bị khống chế bởi các phân tử chất hoạt động bề mặt bao quanh C_Lời kết Các chất hoạt động bề mặt (HĐBM) đã được ứng dụng trong nhiều sản phẩm và quá trình Tuy tham gia... Shicopxky ta thấy trong dung dịch chất HĐBM thì sức căng bề mặt của nước nguyên chất luôn lớn hơn sức căng bề mặt của dung dich, như vậy muốn hình thành hệ vi nhũ tương thì không thể thiếu chất HĐBM Để tạo được hệ vi nhũ tương bền thì lượng chất hoạt động bề mặt phải nhiều hơn hệ nhũ tương Vi nhũ tương rất bền về mặt nhiệt động nên khi điều chế không cần cung cấp nhiều năng lượng để pha trộn thành vi... lớn nhất của chất HĐBM, nhưng vẫn còn nhiều ứng dụng khác cho thấy tính đa dạng của hóa học các chất HĐBM có thể đáp ứng được nhiều nhu cầu hiện đại Cấu trúc gồm hai đầu ái dầu, ái nước làm cho chất HĐBM có những tính chất rất hữu ích như là các tác nhân tạo độ ẩm, chất tạo nhũ, chất phân tán, chất tăng độ tan, chất điều chỉnh bề mặt, chất diệt khuẩn, chất Page 35 tẩy rửa, chất tạo bọt, chất biến đổi... Ngoài chất HĐBM, bột giặt, xà phòng thường là hỗn hợp gồm nhiều thành phần khác : - Chất hoạt động bề mặt: chiếm từ 30% → 80% - Các chất phụ gia và chất độn : Na2CO3, Na5P3O10, Na2SiO3, Na2SO4, nhựa thông, có trong thành phần bột giặt, xà bông làm chất phụ gia tạo thành môi trường kiềm thủy phân các chất bẩn, làm tăng độ tan, giảm độ cúng của nước - Chất ổn định bọt hữu cơ và vô cơ - Chất màu, Chất. .. (precursor) và một chứa chất keo tụ (precipitating agent) (hình 2a) 2 Thêm chất keo tụ trực tiếp vào vi nhũ chứa kim loại tiền chất (hình 2b) Page 33 Hình 2: Sơ đồ tạo hạt từ vi nhũ *.Nồng độ chất hoạt động bề mặt ảnh hưởng kích thước hạt nano Kích thước của hạt kim loại cuối cùng phụ thuộc vào kích thước các hạt trong vi nhũ Kích thước hạt sẽ bị ảnh hưởng bởi tỉ số nước trên chất hoạt động bề mặt, ω Việc tăng... năng thấm ướt với sức căng bề mặt của các chất Khi giọt chất lỏng ở trên bề mặt rắn đạt cân bằng thì các phân tử tại A chịu 3 lực tác dụng do sức căng bề mặt của chất gây ra σr,k: sức căng bề mặt của rắn và khí σl,k: sức căng bề mặt của lỏng và khí σr,l: sức căng bề mặt của rắn và khí σl,k gây ra 1 lực tác dụng vào phân tử A theo hướng kéo A về phía bên phải Cos θ = (σr,k - σr,l)/ σl,k Điều kiện để... quặng : P = m.g Page 15 Để hạt khoáng nổi lên trên bề mặt lỏng thì: f > P → σl,k.(1 – Cosθ) > m.g → các yếu tố tác động đến quá trình tuyển nổi là: khối lượng của hạt quặng (m) , bản chất của quặng và chất lỏng làm thuốc tuyển II_Ứng dụng của chất hoạt động bề mặt Hiện nay, chất hoạt động bề mặt được ưng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp và đời sống như: trong bột giặt, công nghiệp nhuộm, công ... agent) chất làm ướt có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt chất lỏng Quá trình tìm hiểu chất hoạt động bề mặt có liên quan đến yếu tố sức căng bề mặt thấm ướt vật chất 1_ Khái niệm sức căng bề mặt. .. c .Chất HĐBM: Chất HĐBM dùng để làm giảm sức căng bề mặt chất lỏng Nếu có nhiều hai chất lỏng không hòa tan chất hoạt hóa bề mặt làm tăng diện tích tiếp xúc hai chất lỏng Khi hòa chất hoạt hóa bề. .. ảnh hưởng đến sức căng bề mặt 3_ Chất hoạt động bề mặt (HĐBM) Hiện tượng thấm ướt II_Ứng dụng chất hoạt động bề mặt 1_Ứng dụng chất HĐBM sản xuất chất tây rửa ( xà phòng