Như tương nghịch nước trong dầu

Báo cáo quy trình tổng quan về cách tạo nên nhiên liệu nhũ tương (nhiên liệu nhũ hóa) đồng thời đưa ra các hợp chất tạo nhũ, ổn định nhũ tương thích hợp. Báo cáo có đề cập đến những ưu nhược điểm của các loại nhiên liệu xanh đang sử dụng hiện nay: Bio Diesel, Nhiên liệu Hydro, Nhiên liệu dầu DO truyền thống và nhiên liệu nhũ hóa mà chúng tôi tổng hợp được. Dựa trên các ưu điểm và hàm lượng khói, tính thân thiện với môi trường và con người thì tôi tin rằng nhiên liệu nhũ hóa của chúng tôi sẽ đáp ứng được sự thiếu nhiên liệu phục vụ cho con người hiện tại.

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH IIIMỤC LỤC BẢNG IVDANH MỤC VIẾT TẮC V

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 2.1 Quy trình tổng hợp nhiên liệu nhũ tương N/D 18

Hình 3.1 Ảnh hưởng giá trị HLB tạo nhũ đến thời gian ổn định nhũ 30

Hình 3.2 Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa giá trị HLB với thời gian ổn

định nhũ ở nhiệt độ phòng (T1)

32Hình 3.3 Đồ thị biểu diển mối quan hệ giũa giá trị HLB với thời gian ổn

định do sốc nhiệt (T2)

32

Hình 3.4 Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa chất ổn định nhũ và thời gian

Hình 3.5 Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa chất ổn định và thời gian ổn

định nhũ tương nghich N/D do sốc nhiệt

định nhũ do sốc nhiệt T2.

43

Hình 3.16 Đồ thị đường cong chưng cất phân đoạn nhiên liệu nhũ hóa và

Hình 3.17 Kết quả đo kích thước hạt của mẫu nhũ tương nước trong dầu

diesel

46

DANH MỤC BẢNG

TrangBảng 1.1 Tiêu chuẩn châu âu về hàm lượng S trong nhiên liệu 4Bảng 1.2 Quy định của mỹ về hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu 5

Bảng 1.4 Thành phần khói thải của một số nhiên liệu hiện nay 11Bảng 1.5 Thành phần khói thải của một số nhiên liệu nhũ hóa N/D 11Bảng 1.6

Các thông số tiêu chuẩn chất lượng các loại nhiên liệu khác

Bảng 2.1 Danh sách hóa chất được sử dụng làm thí nghiệm 16Bảng 2.2 Danh sách dụng cụ thí nghiệm được sử dụng làm thí nghiệm 17

Bảng 3.2 Kết quả xác định tỉ lệ chất nhũ hóa Span 80 Tween 20 29Bảng 3.3 kết quả xác định tỉ lệ chất nhũ hóa Span 80 Tween 60 29Bảng 3.4 kết quả xác định tỉ lệ chất nhũ hóa Span 80 Tween 80 30Bảng 3.5 kết quả xác định giá trị HLB toàn hệ Micro nhũ tương N/D 32Bảng 3.6 Kết quả nghiên cứu lựa chọn chất ổn định nhũ tương nghịc N/D 33

Bảng 3.7 Kết quả nghiên cứu lựa chọn hàm lượng chất tạo nhũ tương nghịch N/D 35Bảng 3.8 kết quả nghiên cứu lựa chọn hàm lượng Co-surfacetant 37Bảng 3.9 Kết quả cứu lựa nghiên chọn hàm lượng nước trong hệ nhũ tương nghịch N/D 39Bảng 3.10 Kết quả nghiên cứu tốc độ khuấy phù hợp với hệ nhũ tương nghịch N/D 41Bảng 3.11

Kết quả khảo sát thời gian khuấy phù hợp với hệ nhũ tương

Để chế tạo thành công nhiên liệu nhũ hóa thì cần xác định hỗn hợp chất tạo nhũ đểquá 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 gelcấu trúc tồn đọng trong hệ micro nhũ và thời gian ổn định nhũ được nâng lên một cách rõrệt

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 lẫnhoặc 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 độcủa pha phân tán cao thì kích thước của các hạt đạt kích thước của hạt keo Khi đó kháiniệm 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 quátrình nhũ hóa là chất xúc tiến nhũ hóa ( chất ổn định nhũ tương ) Các chất này được chothêm 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 chấtlỏng khan khi đó ta có nhũ tương nươc trong dầu Nhiên liệu nhũ hóa thường có màutrắng 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 loạinày 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 môitrường, nước là pha phân tán Nhũ tương loại này được gọi là nhũ tương nghịch

Hình 1.1 : Hình ảnh nhũ tương loại 1 và 2

Hình 1.1.a Nhũ tương nước trong dầu

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 lẫntrong 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 vithường 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 tươngđậm 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 kíchthước của hạt keo Vì nồng độ nhỏ, nhũ tương loại này tương đối bền, không cầnchất 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 nhũtương 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 nhũhoá Nhũ tương đặc có thể tồn tại dưới dạng đơn phân tán, hoặc dưới dạng đaphân 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 cóthể 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 dạngdung dịch keo Nếu kích thước của các hạt nhỏ hơn 10-8 m ta có loại nhũ tương có độphân tán cao và nằm trung gian giữa tạo mixen hạt keo và dung dịch thực Dựa vào màusắc của nhũ tương ta có thể suy đoán được kích thước của các hạt Nếu chỉ số khúc xạcủa 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 loạinhũ tương thì kích thước hạt là không đồng nhất Nếu kích thước của hạt nhũ phân bố

trong khoảng rộng ta có nhũ tương đa phân tán, ngược lại ta có nhũ tương đơn phân tántrong đó các hạt nhũ có kích thước đồng đều Kích thước lý tưởng của hạt nhũ phụ thuộcvào chế độ công nghệ và ứng dụng của nó trong công nghiệp Hầu hết các loại nhũ tươngđược 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 lênmột hàng rào về năng lượng để tránh các hạt nhũ va chạm với nhau vì nếu va chạm thìkhả năng phân tán sẽ kém Rào cản về năng lượng này được dựng lên bằng cách chothêm 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 Kếtquả hình thành một lớp mỏng trên bề mặt phân cách giữa hai lớp chất lỏng Lớp này cóthể kéo dãn được và hút thêm các phân tử chất nhũ hóa nếu hạt nhũ bị phá vỡ do khuấytrộn 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 (250-350oC)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 huỳnhkhác nhau Các chất mercaptan, thiophen, sunfua bị khữ dễ hơn và có thể áp dụng côngnghệ khữ thông thường Còn các chất ankylbenzothiophen thì rất khó loại bỏ hỗn hợpnày, phải áp dụng công nghệ hydrodesunfua hóa sâu Mức độ của phản ứng khử lưuhuỳnh 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/Al2O3; 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 Hàm lương lưu

huỳnh, ppm

2002-20052005-2011

Diesel(ppm)

Để hội nhập với các quốc gia trên thế giới, TCVN về hàm lượng lưu huỳnh tối đatrong nhiên liệu cũng phải theo tiêu chuẩn của các nước trong khu vực và thế giới Tuynhiên, 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 trìnhcháy được hoàn toàn

a Phương pháp nhũ hóa

Bản chất của phương pháp này là đưa nước vào nhiên liệu diesel để tạo thành dạngnhũ tương nghịch N/D Dạng nhiên liệu này có hàm lượng oxy cao hơn nên quá trìnhcháy sạch hơn Phương pháp này nếu thực hiện được thì không nhưng giảm thiểu được ônhiểm môi trường mà còn có giá trị kinh tế rất cao, tuy nhiên do một số nhược điểm màphương 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 đượctổng 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 nayngười ta thường pha thêm 5%, 10%, 20% bio-diesel (gọi là B-5, B-10, B-20) Loại nhiênliệu này phổ biến là B-20, có nhiều tính ưu việt, nó giúp cho quá trình cháy xảy ra hoàntoàn hơn, (B-20 có nghĩa là đã đưa thêm 20% oxy vào nhiên liệu), cải thiện đáng kểthành phần khói động cơ, chống ô nhiễm môi trường mà lại không ảnh hưởng đến côngsuất đông cơ và các tính chất khác [4]

c Tối ưu hóa trị số xetan và thành phần cất phân đoạn

Đây là các yếu tố tác động đến việc chế tạo ra diesel sạch Đối với nhiên liệudiesel, không cần phải có trị số xetan quá cao mà chỉ cần sản xuất ra nhiên liệu có trị sôxetan phù hợp: xetan bằng 45-50 đối với động cơ chạy chậm và 50-60 đối với động cơchạy nhanh Nếu trị số xetan thấp quá gây cháy kích nổ, làm hỏng động cơ trước thờihạn, 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 Hiệnnay có xu hướng tăng nhiệt độ sôi đầu và giảm nhiệt độ sôi cuối, sự điều chỉnh này dẫnđến hạn chế các phần nặng, gây khó cháy hoàn toàn, gây tạo cặn, tạo, ảnh hưởng đến tuổithọ 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 nhũhoá hoặc một hỗn hợp chất nhũ hoá nào đó Vai trò của chất nhũ hoá ở đây là làm giảmsức 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 chấthoạt động bề mặt đóng vai trò làm chất nhũ hoá rất phong phù và đa dạng, tuy nhiêntrong công tác nghiên cứu và thực nghiệm việc chọn lựa được một chất hoặc một hỗnhợp chất nhũ hoá có khả năng làm ổn định có hiệu quả cho từng loại nhũ tương cụ thể làhết sức khó khăn

Đối với việc chọn lựa chất nhũ hoá cho việc chế tạo hệ nhũ tương nghịch củanước-nhiên liệu diesel lại càng khó khăn hơn, bởi vì hệ nhũ tương nghịch này chịu tácđộng bởi yếu tố: bản thân hệ nhũ tương là một hệ không bền về mặt nhiệt động, vì vậynhũ tương sẽ nhanh chóng bị kết tụ, tạo màng và phân lớp nếu khả năng ổn định nhũ củachất nhũ hoá không cao Như vậy, để tạo được hệ nhũ tương nghịch bền vững đối vớinước - nhiên liệu diesel thì chất nhũ hoá tìm được phải có chỉ số HLB thích hợp, theoGriffin, 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 nhũhoá được chọn lựa phải không chứa kim loại để tránh khả năng gây ăn mòn động cơ sửdụng nhiên liệu nhũ tương này Thoả mãn được các điều kiện trên chỉ có những chất nhũhoá không ion là đáp ứng được, vì các chất nhũ hoá không ion không chứa các thànhphần kim loại

Đồng thời, khi nghiên cứu tính chất của nhũ tương nghịch, nhiều tác giả đã đưa rakết luận thực nghiệm quan trọng rằng, các chất hoạt động bề mặt đơn lẻ thường là các

các loại khác Theo quan điểm của J Suman và E.Cocbein thì đó là kết quả của sự bóchặt hơn các chất tạo nhũ trong thành phần lớp do các nhóm phân cực có tích điện củachất hoạt động bề mặt với nhau và tạo nên cấu trúc bổ xung của lớp hấp thụ, do đó sựlàm giảm sức căng bề mặt phân cách pha sẽ hiệu qủa hơn so với từng chất hoạt động bềmặt riêng lẻ.

Có thể kể ra hàng trăm các chất tạo nhũ không ion đựơc dùng để ổn định cho hệnhũ tương nước - nhiên liệu diesel, thuộc loại này gồm có các monoglyxerit axit béo, cácsorbitan 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 địnhcao, 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 rấtkhó 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 Ởnồng 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 giọtnhũ và do đó, độ bền của nhũ tương không cao, khi nồng độ rất cao thì hầu như tất cả cácphân 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 khivượt qua một mức nhất định nào đó cũng không làm cho chất lượng của nhũ tương tốthơn, bởi vì, khi lớp hấp phụ đã được bão hoà thì phần dư của nó sẽ tồn tại ở dạng hoà tantrong môi trường phân tán và không tham gia vào quá trình tạo nhũ Như vậy, để chế tạođược một hệ nhũ tương bền vững, thì việc xác định được nồng độ tối ưu của chất nhũhoá là rất cần thiết Vì nếu nồng độ của chất nhũ hoá thấp hơn hoặc cao hơn nhiều so vớinồng 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 dụngphương 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 đượckích thước giọt nhũ nhỏ, đòi hỏi phải có thiết bị tạo nhũ và thời gian khuấy trộn thíchhợp Bằng thực nghiệm, người ta đã chứng minh được rằng, khi với tốc độ khuấy trộnkhông đổi, thì thời gian khuấy trộn càng dài cũng sẽ tạo ra được nhũ tương có cỡ hạtcàng nhỏ Nhưng khi thời gian khuấy trộn vượt quá một giá trị nào đấy thì kích thước hạt

hầu như không giảm nữa và do đó không làm tăng thêm chất lượng của nhũ tương, tronghình 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 nhũtương, 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 ưutrong 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 độkhuấy trộn thích hợp Khi tốc độ càng cao, nói chung sẽ tạo ra nhũ tương có kích thướchạt 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 khônghình 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 chếtạo nhũ tương, nó là yếu tố xác định dạng của nhũ tương được tạo thành Thực vậy, vớimột tỷ lệ cao của pha dầu với pha nước là nguyên nhân tạo nên một nhũ tương nướctrong dầu, nhưng trái lại một tỷ lệ cao của nước so với dầu sẽ có xu hướng tạo nên mộtnhũ tương dầu trong nước Nếu gọi φi là tỉ lệ thể tích của pha dầu so với pha nước ở điểmchuyển hoá nhũ tương, thì với φ > φi; sẽ có khuynh hướng hình thành các nhũ tươngnước 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 cóthể tích lớn hơn pha nước và do đó, một nhũ tương nghịch sẽ dễ dàng được tạo ra Cònngược lại, nếu ta cho pha dầu từ từ vào pha nước thì một nhũ tương thuận được tạo thành

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/Dvới vai trò là

+ 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 hưởngđến 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 nhũtương

+ Co-surfactant làm tăng tính phân cực của pha phân tán (pha nước), đồng thờigiúp 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 hóacủa chúng liên hệ mật thiết với tính đối cực trong nội bộ các phân tử Vào năm 1950Griffin đã nghĩ rằng có thể xác định tính đối cực này bởi một giá trị thực nghiệm mà ônggọi 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 VậyHLB 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 bằngcác 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 chất nhũ hoá A có chỉ số HLBA và chất nhũ hoá B có chỉ số HLBB thìchỉ số HLB chung của hỗn hợp được tính theo công thức:

X HLB A

%(A) : Phần trăm chất hoạt động bề mặt A HLB A : Giá trị HLB của chất hoạt động bề mặt A

%(B) : Phần trăm chất hoạt động bề mặt B HLB B : 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 HLBnhư 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]

4-6 Tác nhân nhũ hóa N/D7-9 Tác nhân thấm ướt8-18 Tác nhân nhũ hóa D/N13-15 Tác nhân tẩy rữa10-18 Dung dịch trong

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

Diesel Bio – diesel Xăng Ron 92 Xăng E5 Ron 92

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

• Giảm lượng chất thải rắn dạng hạt

Dựa vào số liệu thu được thấy rằng, lượng chất thải dạng hạt ít nhất trong nhiênliệu chứa 15% nước với chất nhũ hóa GS (Gemini surfacetant), tiếp đến đó là nhiên liệunhũ hóa chứa 15% nước với chất nhũ hóa là CS (conventional surfacetant) Với dieselnguyên 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, và0.0095 g/h Ta thấy lượng chất thải dạng rắn giảm theo sự tăng dần theo lượng nướctrong nhiên liệu nhũ hóa Bản chất hạt rắn là carbon tạo ra do phản ứng phân hủy CxHy.Nhiệt độ cao sự thiếu hụt oxi trong phản ứng cháy chính là nguyên nhân dẫn đến hàmlượng này cao

• Giảm hàm lượng NOx

So sánh nồng độ phát thải NOx từ khí thải động cơ khi dùng diesel và nhiên liệunhũ hóa được chỉ trên đồ thị trên Nồng độ NOx tăng theo tốc độ của động cơ là donguyên tố N chuyển thành NO dưới điều kiện nhiệt độ khí cao và cũng dễ dàng kết hợpvới oxi tạo thành NO2 Quá trình cháy của nhiên liệu nhũ hóa chứa phụ gia CS và GS đềugiảm một lượng đáng kể NOx so với nhiên liệu diesel khoáng Nguyên nhân là do sự phân

tán tốt giữa các hạt nước trong nhũ gây ra hiện tượng phân tán tản nhiệt Khi hiện tượngtản nhiệt xảy ra, kết quả thu được là pha nước sẽ hấp phụ một lượng nhiệt do nhũ tạo rakhi 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 vànhiên liệu nhũ hóa Rõ ràng khi tốc độ quay của các động cơ tăng thì nồng độ CO cũngtăng 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 hóachứa 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 rarằng 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 cháytốt hơn Việc giảm lượng không khí đưa vào sẽ hạn chế sự chuyển nhiên liệu chưa cháyhết 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 vậnhành và hàm lượng nước so với diesel, các quá trình kiểm nghiệm đã chứng minh đượcsản 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 vaitrò 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 độchại 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 antoàn 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 lượnglưu huỳnh, điểm chớp cháy, hàm lượng chất thơm

Biodiezel bắt đầu được sản xuất vào những năm 1990 tại Châu Âu với nguyên liệuchủ 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 côngnghiệp chế biến thực phẩm) Trong số nhiên liệu biodiezel, dầu biodiezel có nguồn gốc từdầu thực vật được chấp nhận và là thị phần ngang bằng với nhiên liệu diezel khoáng tạiChâu Âu và Hoa Kỳ Bằng một số các biện pháp pha trộn biodiezel thu được hỗn hợpnhiên liệu có các chỉ tiêu đặc trưng tốt hơn so với dầu diezel thông thường, nhưng giáthành biodiezel thời đó tương đối cao Hiện nay tại Liên minh Châu Âu, biodiezel chiếmgần 89% trong thị phần sản xuất biodiezel trên toàn thế giới Đến năm 2010, Hoa Kỳ dựkiến sẽ trở thành nước có thị trường dầu biodiezel lớn nhất, chiếm khoảng 18% mức tiêuthụ dầu biodiezel thế giới, tiếp theo là Đức

Những lợi thế kinh tế và môi trường của biodiezel mang lại là: làm giảm lượngphát 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 câytrồng trong nước Chi phí đầu vào của dầu biodiezel sản xuất là nguyên liệu, chiểmkhoảng 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 diezelthông 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, vànhững yếu tố khác Giá của biodiezel cao hơn hai lần giá dầu diezel Giá thành cao củabiodiezel một phần lớn là do giá của các nguyên liệu cao Tuy nhiện, biodiezel có thểđược làm từ nguyên liệu khác, kể cả mỡ bò, mỡ lợn và dầu mỡ phế thải Biodiezel đangthu hút sự chú ý từ các công ty quan tâm đến thương mại, quy mô sản xuất lớn cũng nhưsản xuất nhỏ và sử dụng thẳng dầu thực vật hay dầu thải từ động cơ diezel Biodiezel làmột dự án khả thi để thay thế cho diezel từ dầu khoáng Tuy nhiên, chi phí hiện nay củabiodiezel thường gấp 1.5 đến 3 lần dầu diezel khoáng ở các nước đang phát triển Khảnăng cạnh tranh của biodiezel với dầu diezel phụ thuộc vào tỷ giá nhiên liệu và các chínhsách thuế Nói chung, chi phí sản xuất biodiezel vẫn còn cao hơn nhiều so với dầu diezeltrong điều kiện kinh tế hiện nay Sức cạnh tranh của diezel sinh học dựa vào giá của cácbiomass nguyên liệu và chi phí liên quan tới công nghệ chuyển đổi Sự gia tăng gần đâytrong việc sử dụng tiềm năng của biodiezel không chỉ do số lượng thực vật mà còn do sựcải tiến của phương tiện được sử dụng trong sản xuất Sự phát triển trong ngành côngnghiệp 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 tacũng đang tìm cách nâng cao hiệu quả thu hồi glyxeryl, là sản phẩm phụ trong quá trình

sản xuất biodiezel Điều này sẽ góp phần giảm đáng kể giá thành của biodiezel trongtương lai do glyxeryl có giá trị cao.

Ô nhiễm không khí là do khói thải từ các nhà máy, các khu công nghiệp, cácphương tiện giao thông Hiệu quả sử dụng biodiezel hoặc hỗn hợp biodiezel – diezel dầukhoáng 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 độchại được thải ra ngày càng tăng Vì vậy, cần sản xuất nhiên liệu sạch để dần thay thếnhiên 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 kểlượng hydrocacbon, giảm đáng kể lượng NOx, SOx, H2S có trong khí thải Điều này gópphần 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 từcác loại dầu mỡ thải ra từ nhà hàng hoặc các khu công nghiệp nên có thể giảm thiểu ônhiễm môi trường nước, môi trường đất cũng như môi trường không khí do chính cácnguyên 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 mộtlượng 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 giữđến 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 hóađến 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 hơndiezel 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 sovới diezel gốc, điều này lại một lần nữa minh chứng cho tính ưu việt của nhiên liệu N/D.[12]

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]

Với nhiên liệu nhũ hóa 2: diezel chứa 15% H2O 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 diezelgốc 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 bảoquản 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 bảoquản được 3 năm kể từ khi pha trộn Do công nghệ pha trộn dễ dàng, nên không cần thiếtphải tồn chứa quá lâu Thời gian 3 năm là hợp lý và đủ dài để bảo quản loại nhiên liệunày [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

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

2 Máy khuấy cơ 0-2200 vòng/phút 1

2.3 Chế tạo nhũ tương N/D

Hiện nay có nhiều phương pháp làm sạch nhiện liệu diesel khác nhau, mỗi mộtphương pháp đều có ưu nhược điểm khác nhau Vì vậy chúng em xin đề xuất quy trìnhlàm sạch nhiên liệu diesel bằng phương pháp nhũ hóa đồng thời khắc phục một số nhượcđiểm của phương pháp này

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 tancủa 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 hoáđến khả năng tạo nhũ của hệ Tuy nhiên các chất nhũ hóa có giá trị HLB nằm trongkhoảng từ 3 – 6 đây chính là khoảng giá trị tối ưu nhất để tạo thành nhũ tương nước trongdầu 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 (đóphải là các hợp chất cao phân tử hay các oligomer) Trong quá trình nghiên cứu bằngthực nghiệm chúng tôi nhận thấy hỗn hợp chất hoạt động bề mặt luôn tạo nhũ tốt hơn mộtchất hoạt động bề mặt đơn lẻ, vì vậy nhóm nghiên cứu quyết định tiến hành khảo sát cáccặp chất tạo nhũ khác nhau với tỉ lệ thay đổi theo giá trị HLB tạo nhũ từ 3-6 để quá trìnhnhũ hóa xảy ra triệt để hơn

Nhũ tương N/D

Hỗn hợp chất hoạt động bề mặt: Span 80 Tween 20, Span 80 Tween 60, Span 80Tween 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 thựcnghiệm để chế tạo ra nhũ tương nghịch N/D, Bên cạnh đó tỉ lệ Span/tween, Span/Spanthay đổi theo giá trị HLB từ 4.3 đến 6 Kết hợp với phương pháp xác định thời gian ổnđịnh nhũ ở nhiệt độ phòng (30±1oC) để đưa ra lựa chọn hỗn hợp chất tạo nhũ và tỉ lệ chấttạo 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 theocác 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 cáchạt nhũ phân tán mịn và đẩy nhau và thời gian sa lắng của hai mẫu cũng chênh lệch nhautheo khả năng phân tán hạt nhũ khá nhiều Như vậy có thể kết luận rằng nhũ tương cóchất ổn định bền vững hơn nhũ tương không có chất ổn định Do vậy, tuy đã lựa chọnđược hỗn hợp chất tạo nhũ thích hợp cho việc tạo nhũ tương nghịch N/D, nhưng để độbền của nhũ tương được đảm bảo cần phải thêm thành phần chất ổn định Để lựa chonchất ổn định, nhóm chúng em tiến hành chế tạo 4 mẫu nhũ tương với chất ổn định: PEG-

400, 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 địnhthời 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 giántiếp 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 tươngphải nhỏ hơn 6%, do vậy nhóm nghiên cứu tiến hành khảo sát hàm lượng chất tạo nhũ từ2-10% kết hợp với thời gian ổn định nhũ ở nhiệt độ phòng và thời gian ổn định do sốcnhiệt 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

Như đã trình bày ở chương 1, co-surfactant có vai trò quan trọng trong việc hìnhthành micro nhũ tương một cách triệt để Tuy nhiên có nhiều loại co-surfactant khác nhaunhư: 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 thựcnghiệm các giá trị hàm lượng butanol từ chưa bão hòa đến bão hòa rồi quá bão hòa, từ đóxác định được hàm lượng n-butanol thích hợp thông qua thời gian ổn định nhũ ở nhiệt độphòng

2.3.7 Nghiên cứu xác định hàm lượng nước

Nhược điểm của phương pháp làm sạch nhiên liệu diesel bằng phương pháp nhũhóa là phải nghiên cứu xem lượng nước đưa vào là bao nhiêu để không ảnh hưởng đếncác chỉ tiêu khác của nhiên liệu và động cơ Dựa vào giản đồ pha ba cấu tử [2] để hìnhthành 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 hợpchất 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 dễdàng bị tách pha nhưng các hạt nhũ tương nhỏ, phân tán đồng đều giữa các hạt thì nhũtương lại bền vững hơn các mẫu nhũ tương có kích thước hạt lớn hơn Do đó nhómnghiên 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 nhũtương 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, 1500vòng/phút, 2000 vòng/phút, và 3000 vòng/phút với khoảng thời gian khuấy 20 phút Từkết 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 hóabình thường, thời gian khuấy trộn sẽ ảnh hưởng tới kích thước hạt nhũ, độ ổn định củanhũ 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 hoànthiện hơn Tiến hành chế tạo 5 mẫu nhũ tương nghịch có hàm lượng hóa chất theo đúngthành 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 Thời gian khuấy trộn các mẫu nhũ đượcthay đổi theo thứ tự từ 10 phút, 15 phút, 20 phút, 30 phút và 40 phút với tốc độ khuấy

trộn 3000 vòng/phút Bằng phương pháp xác định độ bền nhũ có thể xác định đượckhoảng 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

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 quamao quản của nhớt kế chuẩn, dưới tác dụng của trọng lực ở nhiệt độ xác định Độ nhớtđộng học là tích số của thời gian chảy đo được và hằng số hiệu chuẩn của nhớt kế [12][13]

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 maoquản nhánh L xuống thấp hơn vị trí vạch E khoảng 5 mm Để chất lỏng chảy tự do vàdùng đồng hồ bấm giây xác định thời gian chất lỏng chảy từ vị trí vạch E lên đến vị trívạch F Ghi khoảng thời gian chảy giữa hai vạch này để tính độ nhớt Ghi các số liệu đểđưa vào tính toán

Đối với nhớt kế mao quản loại C: Dùng bóp cao su đẩy cho mực chất lỏng trong maoquản 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 Ghikhoảng thời gian chảy giữa hai vạch này để tính độ nhớt Ghi các số liệu để đưa vào tínhtoán

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 hoặcxylen Dùng pipét lấy khoảng 10ml dung môi cho vào nhớt kế, dùng bóp cao su hút đẩyrửa 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

Bước 6: Sau khi đo tỷ trọng xong, lấy tỷ trọng ra lau bằng khăn mềm hoặc giấymềm, cất vào họp đựng tỷ trọng, tránh vỡ tỷ trọng [12][13]

2.4.4 Phương pháp xác định nhiệt độ chớp cháy cốc kín theo tiêu chuẩn ASTM D56

2.3.4.1 Nguyên tắc

Nguyên tắc của phương pháp là mẫu được đặt trong thiết bị thí nghiệm với nắpđóng và được gia nhiệt ở một tốc độ truyền nhiệt ổn định; một ngọn lửa nhỏ có kíchthước tiêu chuẩn được đưa vào cốc ở phạm vi quy định Điểm chớp cháy ghi nhận lànhiệt độ thấp nhất mà tại đó dưới tác dụng của ngọn lửa thử hỗn hợp hơi nằm ở phía trênmẫu thử đủ để trở nên bắt lửa chớp cháy [12][13]

Bước 2: Chuẩn bị ngọn lửa

Châm ngọn lửa và điều chỉnh sao cho ngọn lửa trên que thử lửa có kích thước bằng vớikích thước chi tiết qui định ngọn lửa trên thiết bị

Bước 3: Tiến hành thử điểm chớp lửa

Tăng nhiệt độ của cốc thử bằng núm điều chỉnh nhiệt độ trên thiết bị Khuấy trộnnhẹ nhàng nhờ cần khuấy

Với điểm chớp cháy < 60oC (dự đoán), điều chỉnh nhiệt cung cấp để nhiệt độ củamẫu trong cốc thử tăng theo tốc độ 1oC / phút Khi nhiệt độ của mẫu trong cốc thử thấphơn 5oC so với nhiệt độ chớp cháy dự đoán thì bật ngọn lửa thử theo cách mô tả ở trên vàlập lại việc thử sau mỗi lần mẫu tăng nhiệt độ lên 0,5oC

Với điểm chớp cháy > 60oC (dự đoán), điều chỉnh nhiệt cung cấp để đạt được tốc

độ 3oC / phút Khi nhiệt độ của mẫu trong cốc thử thấp hơn 5oC so với nhiệt độ chớp cháy

dự đoán thì bật ngọn lửa thử và lặp lại việc thử sau mỗi lần tăng nhiệt độ lên 1oC

Lưu ý: Tốc độ gia nhiệt theo dõi trên nhiệt kế Quan sát khi việc cung cấp ngọnlửa thử gây ra sự bắt lửa rõ ràng trong không gian bên trong của cốc, nhiệt độ quan sát vàghi nhận được của mẫu lúc này là nhiệt độ chớp cháy Đừng nhầm lẫn ngọn lửa chớpcháy thực với quần sáng màu xanh nhạt thỉnh thoảng xuất hiện xung quanh ngọn lửa thử

Bước 4: Xử lý mẫu và dụng cụ sau khi thí nghiệm

Tắt nguồn nhiệt, đổ mẫu vào nơi qui định (không được đổ vào nơi chứa mẫu banđầu) lau sạch cốc bằng dung môi thích hợp để loại bỏ bất cứ vết dầu hay cặn nào còn bám