Nghiên cứu tổng hợp chất hoạt động bề mặt trên xúc tác siêu axit rắn, ứng dụng để tẩy cặn dầu mỡ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN THỊ VÂN ANH ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT TRÊN XÚC TÁC SIÊU AXIT RẮN ỨNG DỤNG ĐỂ TẨY CẶN DẦU MỠ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH : CÔNG NGHỆ HỮU CƠ - HOÁ DẦU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: ĐINH THỊ NGỌ HÀ NỘI - 2010 Luận văn tốt nghiệp Tổng hợp chất HĐBM xúc tác siêu axits rắn… LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan luận văn “Nghiên cứu tổng hợp chất hoạt động bề mặt xúc tác siêu axit rắn, ứng dụng để tẩy cặn dầu mỡ” công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Hà Nội, ngày ……tháng……năm 2010 Người cam đoan Nguyễn Thị Vân Anh Nguyễn Thị Vân Anh - 1- Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn tốt nghiệp Tổng hợp chất HĐBM xúc tác siêu axits rắn… LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp, nhận hỗ trợ quý báu từ thầy cô giáo, cán thành viên Bộ môn Hữu – Hóa dầu, Khoa Công nghệ Hóa học, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Lời cám ơn đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Đinh Thị Ngọ, người nhiệt tình hướng dẫn, bảo cung cấp sở vật chất điều kiện tốt để em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Bộ môn Hữu – Hóa dầu; thầy cô, cán phòng thí nghiệm trực thuộc khoa, môn trường Đại hoc Bách khoa Hà Nội, Viện vật lý kỹ thuật, Trung tâm sắc ký khí tạo điều kiện tốt cho em suốt thời gian làm luận văn em Em xin chân thành cảm ơn thầy cô tận tình dạy dỗ em suốt thời gian em học trường Và cuối em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè động viên, tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn! Nguyễn Thị Vân Anh - 2- Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn tốt nghiệp Tổng hợp chất HĐBM xúc tác siêu axits rắn… MỞ ĐẦU Trong ngành công nghiệp dệt may, vải sợi bị nhiểm bẩn dầu mỡ từ hệ thống dây chuyền công nghệ, máy móc thiết bị… Lượng dầu mỡ chiếm ÷ 4% khối lượng vải sợi Cho nên, yêu cầu tất yếu đặt phải loại dầu, mỡ khỏi vải sợi trước vải sợi đem nhuộm, in hoa hoàn thiện sản phẩm … Thông thường, sử dụng phương pháp tiền xử lý vải sợi chất hoạt động bề mặt (HĐBM) Theo thống kê hàng năm, Việt Nam sản xuất 23 triệu vải Lượng vải cần đến khoảng triệu chất HĐBM để xử lý làm sạch, chất HĐBM chủ yếu phải nhập ngoại nên không chủ động nguồn nguyên liệu tận dụng sức lao động nước Do đó, việc nghiên cứu tổng hợp chất hoạt động bề mặt cho ngành công nghiệp dệt may Việt nam dựa nguồn nguyên liệu có sẵn nước hướng hiệu đắn Ở Việt Nam, nghiên cứu chung chất hoạt động bề mặt có nhiều, chưa có công trình nghiên cứu tổng hợp chất HĐBM để xử lý làm vải sợi cho ngành công nghiệp dệt may Các loại xà phòng thông thường hiệu để làm vải sợi cho ngành công nghiệp Chính vấn đề đặt trên, đề tài tiến hành nghiên cứu tổng hợp chất hoạt động bề mặt có hoạt tính cao chất bẩn dạng dầu mỡ, dạng béo, dạng tạp chất để xử lý tẩy dầu mỡ vải cotton, polyeste, vải pha từ nguồn nguyên liệu dầu thông phong phú Việt Nam quy mô phòng thí nghiệm Mục đích luận án nghiên cứu tổng hợp chất hoạt động bề mặt xúc tác siêu axit rắn, ứng dụng để tấy rửa dầu mỡ vải sợi, đóng góp số nội dung khoa học sau đây: - Chế tạo xúc tác siêu axit rắn từ ZrO2 có hoạt tính cao - Tổng hợp chất hoạt động bề mặt (HĐBM) từ dầu thông phương pháp hydrat hóa, có hoạt tính tẩy cặn dầu sử dụng xúc tác chế tạo Nguyễn Thị Vân Anh - 3- Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn tốt nghiệp Tổng hợp chất HĐBM xúc tác siêu axits rắn… MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 10 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CTR VÀ CƠ CHẾ TẨY RỬA 10 1.1.1 Thành phần CTR .10 1.1.2 Một số tính chất quan trọng dung dịch CTR .20 1.1.3 Cơ chế tẩy rửa 22 1.2 VẢI SỢI VÀ CÁC NGUỒN NHIỄM BẨN 26 1.2.1 Giới thiệu chung vải sợi 26 1.2.2 Cấu trúc tính chất hóa lý vải sợi 29 1.2.3 Các nguồn nhiễm bẩn vải sợi 32 1.3 LỰA CHỌN DẦU THỰC VẬT THÍCH HỢP ĐỂ TỔNG HỢP CHẤT HĐBM 34 1.4 XÚC TÁC SIÊU AXÍT RẮN 35 1.4.1 Giới thiệu xúc tác siêu axít rắn .35 1.4.2 Chất mang zirconi dioxit 36 1.4.3 Cấu trúc tâm hoạt động 37 CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM 41 2.1 HYDRAT HÓA DẦU THÔNG VỚI XÚC TÁC SIÊU AXIT RẮN SO42⎯/ZrO2 41 2.1.1 Tổng hợp xúc tác siêu axit rắn SO42⎯/ZrO2 41 2.1.2 Hydrat hóa dầu thông với xúc tác siêu axit rắn SO42⎯/ZrO2 41 2.2 PHA CHẾ CTR 43 2.3 ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH CỦA CTR 43 2.3.1 Phương pháp đo SCBM 43 2.3.2 Phương pháp đo độ giảm khối lượng (độ nhả bẩn) 43 2.3.3 Phương pháp đo độ mao dẫn .45 2.3.4 Phương pháp đo độ trắng vải 45 2.4 XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ HÓA LÝ CỦA CHẤT HĐBM 46 2.4.1 Xác định độ bay 46 Nguyễn Thị Vân Anh - 4- Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn tốt nghiệp Tổng hợp chất HĐBM xúc tác siêu axits rắn… 2.4.2 Xác định tỷ trọng 47 2.4.3 Đo SCBM CTR nước .48 2.4.4 Xác định độ nhớt động học 50 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 52 3.1 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP CHẤT HĐBM DẠNG HYDRAT HOÁ 52 3.1.1 Xác định đặc trưng xúc tác SO42⎯/ ZrO2 52 3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian phản ứng đến HTTS 54 3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng lượng xúc tác đến HTTS 56 3.1.4 Đánh giá HTTS dầu thông hydrat qua lần tái sử dụng xúc tác axit rắn 57 3.1.5 Xác định sản phẩm hydrat hóa 58 3.2 PHỐI TRỘN CHẾ TẠO CTR 61 3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng LAS đến HTTS CTR dạng hydrat hóa 61 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng axit oleic đến HTTS CTR từ chất HĐBM dạng hydrat hóa 62 3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng glyxerin đến HTTS CTR từ chất HĐBM dạng hydrat hóa 63 3.2.4 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng TEA đến HTTS CTR từ chất HĐBM dạng hydrat hóa 64 3.2.5 Thành phần CTR từ dầu thông hydrat hóa 65 3.3 XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HOẠT TÍNH CỦA CHẤT HĐBM VÀ CTR 66 3.3.1 Khảo sát HTTS thông qua độ mao dẫn độ trắng 66 3.3.2 Khảo sát HTTS thông qua độ mao dẫn độ giảm khối lượng 68 3.3.3 Khảo sát HTTS thông qua độ trắng độ nhả bẩn 70 3.3.4 Kết luận xây dựng phương pháp 72 3.3.5 Tẩy dầu kết hợp với giũ hồ .73 3.4 THIẾT LẬP CƠ CHẾ TẨY RỬA 75 3.4.1 Xác định nồng độ CTR hợp lý 75 3.4.2 Thiết lập mô hình chế xử lý dầu mỡ vải sợi 77 KẾT LUẬN 80 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 Nguyễn Thị Vân Anh - 5- Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn tốt nghiệp Tổng hợp chất HĐBM xúc tác siêu axits rắn… DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CTR: Chất tẩy rửa HĐBM: Hoạt động bề mặt HTTS: Hoạt tính tẩy SCBM: Sức căng bề mặt Nguyễn Thị Vân Anh - 6- Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn tốt nghiệp Tổng hợp chất HĐBM xúc tác siêu axits rắn… DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Mối quan hệ khả phân tán nước giá trị HLB 22 Bảng 1.2: Thành phần xơ chín 27 Bảng 1.3: Các loại sợi dệt khác 28 Bảng 3.1: Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến HTTS 55 Bảng 3.2: Ảnh hưởng lượng xúc tác đến HTTS 56 Bảng 3.3: Khảo sát HTTS dầu thông hydrat qua lần tái sử dụng xúc tác axit rắn 57 Bảng 3.4: Ảnh hưởng hàm lượng LAS đến HTTS CTR dạng hydrat hóa 61 Bảng 3.5: Ảnh hưởng hàm lượng axit oleic đến HTTS CTR từ chất HĐBM dạng hydrat hóa 63 Bảng 3.6: Ảnh hưởng hàm lượng glyxerin đến HTTS CTR dạng hydrat hóa 63 Bảng 3.7: Ảnh hưởng hàm lượng TEA đến HTTS CTR từ chất HĐBM dạng hydrat hóa 64 Bảng 3.8: So sánh HTTS số HLB CTR từ dầu thông hydrat hóa 65 Bảng 3.9: Một số thông số hoá lý CTR từ dầu thông hydrat hóa 66 Bảng 3.10: Quan hệ độ trắng với độ mao dẫn vải cotton, polyeste vải pha 67 Bảng 3.11: Quan hệ độ nhả bẩn với độ mao dẫn vải cotton, polyeste vải pha 69 Bảng 3.12: Quan hệ độ nhả bẩn với độ trắng vải cotton, polyeste vải pha 71 Bảng 3.13: Hệ số K để chuyển đổi độ mao dẫn sang HTTS 72 Bảng 3.14: Mối quan hệ độ nhả bẩn độ mao dẫn loại vải 73 Bảng 3.15: Mối quan hệ khả phân tán nước giá trị HLB 74 Bảng 3.16: Giá trị SCBM nồng độ CTR khác 75 Bảng 3.17: Quan hệ nồng độ CTR độ mao dẫn loại vải sợi 76 Nguyễn Thị Vân Anh - 7- Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn tốt nghiệp Tổng hợp chất HĐBM xúc tác siêu axits rắn… DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Sự hình thành mixen 20 Hình 1.2: Xác định nồng độ tới hạn 20 Hình 1.3: Sự nhiễm bẩn dầu bề mặt sợi 22 Hình 1.4: Sự gột tẩy vết bẩn béo khỏi bề mặt sợi 23 Hình 1.5: Phương thức Rolling Up 24 Hình 1.6: Giản đồ pha ZrO2 36 Hình 1.7: Mô hình cấu trúc siêu axít SO42-/Fe2O3 37 Hình 1.8: Mô hình cấu trúc siêu axít SO42-/ZrO2 38 Hình 1.9: Mô hình tạo tính siêu axít SO42-/ZrO2 38 Hình 1.10: Mô hình cấu trúc SO42-/ZrO2 theo Bensited 39 Hình 1.11: Mô hình cấu trúc SO42-/ZrO2 theo Vedrine 39 Hình 1.12: Mô hình cấu trúc SO42-/ZrO2 theo Knozinger 39 Hình 1.13: Mô hình cấu trúc SO42-/ZrO2 theo Learfield 40 Hình 2.1: Sơ đồ thiết bị phản ứng thiết bị tách chiết 45 Hình 2.2: Dụng cụ xác định độ mao dẫn vải 45 Hình 2.3: Sơ đồ thiết bị xác định tỷ trọng 48 Hình 2.4: Thiết bị đo sức căng bề mặt 48 Hình 2.5: Thiết bị đo độ nhớt 51 Hình 3.1: Giản đồ XRD mẫu xúc tác SO42⎯/ ZrO2 53 Hình 3.2: Ảnh SEM mẫu xúc tác SO42⎯/ ZrO2 53 Hình 3.3: Kết đo bề mặt riêng theo BET mẫu xúc tác SO42⎯/ ZrO2 53 Hình 3.4: Giản đồ giải hấp NH3 theo chương trình nhiệt độ TPD mẫu xúc tác SO42⎯/ ZrO2 54 Hình 3.5: Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến HTTS 56 Hình 3.6: Ảnh hưởng lượng xúc tác đến HTTS 57 Hình 3.7: Đánh giá HTTS dầu thông hydrat hóa qua lần tái sử dụng xúc tác axit rắn 58 Hình 3.8: Phổ GC-MS dầu thông hydrat hóa xúc tác siêu axít rắn 58 Hình 3.9: Sơ đồ tạo sản phẩm trình hydrat dầu thông sử dụng xúc tác axit rắn 58 Hình 3.10: Ảnh hưởng hàm luợng LAS đến HTTS CTR từ chất HĐBM dạng hydrat hóa 62 Nguyễn Thị Vân Anh - 8- Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn tốt nghiệp Tổng hợp chất HĐBM xúc tác siêu axits rắn… Hình 3.11: Ảnh hưởng hàm lượng axit oleic đến HTTS CTR từ chất HĐBM dạng hydrat hóa 63 Hình 3.12: Ảnh hưởng hàm luợng glyxerin đến HTTS CTR từ chất HĐBM dạng hydrat hóa 64 Hình 3.13: Ảnh hưởng hàm luợng TEA đến HTTS CTR từ chất HĐBM dạng hydrat hóa 65 Hình 3.14: Đồ thị biểu diễn quan hệ độ trắng với độ mao dẫn vải cotton, polyeste vải pha 67 Hình 3.15: Đồ thị quan hệ độ nhả bẩn với độ mao dẫn vải cotton, polyeste vải pha 70 Hình 3.16: Đồ thị quan hệ độ nhả bẩn với độ tẩy trắng vải cotton, polyeste vải pha 72 Hình 3.17: Đồ thị quan hệ độ nhả bẩn độ mao dẫn loại vải sợi ngâm CTR để loại bỏ tạp chất 73 Hình 3.18 : Quan hệ SCBM nồng độ dung dịch CTR 75 Hình 3.19: Quan hệ nồng độ CTR độ mao dẫn loại vải sợi 77 Hình 3.20 Mô hình chế tẩy dầu mỡ theo chế trôi với góc tiếp giáp θ > 900 78 Hình 3.21 Mô hình chế tẩy dầu mỡ theo chế trôi với góc tiếp giáp θ < 900 78 Nguyễn Thị Vân Anh - 9- Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn tốt nghiệp Tổng hợp chất HĐBM xúc tác siêu axits rắn… Mặt khác để xác định khối lượng thực chất bẩn bị tách khỏi bề mặt vải sợi, xác định xem độ tẩy trắng độ nhả bẩn có tương đương với hay không, dùng phương pháp đo khối lượng trình bày chi tiết phần thực nghiệm, trình bày tóm tắt sau: với mẫu làm thí nghiệm tiến hành tẩm no dầu sấy khô, thu khối lượng m1, tiếp tục ngâm CTR 30 phút giũ nước sau sấy khô cân thu khối lượng m2.Từ số liệu tính độ nhả bẩn mẫu vải theo công thức sau: Độ nhả bẩn = m − m1 m − m0 (%) Như theo cách này, khối lượng chất bẩn độ nhả bẩn Bảng 3.12: Quan hệ độ nhả bẩn với độ trắng vải cotton, polyeste vải pha Vải cotton Vải polyeste Vải pha STT Độ nhả bẩn(%) Độ trắng(%) Độ nhả bẩn(%) Độ trắng(%) Độ nhả bẩn(%) Độ trắng(%) 4.5 16.4 19 17.6 18.6 16.2 18.8 35 35.2 34 34.4 34.5 34.8 54 52.8 52.2 50.8 52.3 51.4 72.4 70.6 70.4 69.2 70.4 69.2 88 86 85.4 84.8 85.4 84.2 99.5 99 98.4 99 98.6 98.4 Các mẫu vải cotton, polyeste vải pha sau tẩy dầu đồng thời đo độ trắng độ nhả bẩn Kết thí nghiệm liệt kê bảng 3.12 Từ số liệu bảng 3.12, xây dựng đồ thị quan hệ độ nhả bẩn độ tẩy trắng hình 3.16 Xem xét đồ thị hình 3.16 rõ ràng độ nhả bẩn độ trắng vải cotton hoàn toàn tương đương Chẳng hạn độ trắng xác định 60% độ nhả bẩn xác định giá trị 60% Điều có nghĩa hệ số K3-CO = Không riêng vải cotton mà với vải polyeste vải pha, quan hệ độ nhả bẩn độ trắng chúng tuyến tính tương đương Nếu độ trắng vải thu 100% độ nhả bẩn 100% Điều cho thấy xác định HTTS hai đại lượng Trường hợp cho giá trị K3-PET/CO = K3-PET = Nguyễn Thị Vân Anh - 71 - Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn tốt nghiệp Tổng hợp chất HĐBM xúc tác siêu axits rắn… 100 90 80 Độ nhả bẩn (%) 70 60 Cotton 50 Vải Pha Polieste 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Độ trắng (%) Hình 3.16: Đồ thị quan hệ độ nhả bẩn với độ tẩy trắng vải cotton, polyeste vải pha 3.3.4 Kết luận xây dựng phương pháp Từ tổng thể số liệu thực nghiệm rút kết luận : Sự quan hệ độ mao dẫn, độ nhả bẩn độ trắng hoàn toàn tuyến tính; đặc biệt độ trắng độ nhả bẩn tương đương Do nhận thấy, dùng phương pháp để đánh giá HTTS CTR Tuy nhiên thực tế phương pháp đo độ mao dẫn phương pháp có ưu điểm bật xác định nhanh xác Vì đề nghị sử dụng phương pháp đo độ mao dẫn để đánh giá HTTS CTR trình tiền xử lý vải sợi phục vụ cho công nghiệp dệt nhuộm Để thuận tiện nhanh chóng xác định HTTS dựa số liệu độ mao dẫn, tính toán hệ số K loại vải qua thực nghiệm (bảng 3.13) Bảng 3.13: Hệ số K để chuyển đổi độ mao dẫn sang HTTS STT Các loại vải sợi Hệ số K Cotton 1,4 Polyeste 1,9 Vải pha 1,7 Công thức tính HTTS HTTS %= K* Độ mao dẫn Áp dụng bảng 3.13, ví dụ thực tế sản xuất vải cotton, đo độ mao dẫn đạt 60mm 30 phút lúc HTTS = 60 * 1,4 = 84% hoàn thiện Nguyễn Thị Vân Anh - 72 - Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn tốt nghiệp Tổng hợp chất HĐBM xúc tác siêu axits rắn… khâu xử lý vải sợi để đưa sang giai đoạn nhuộm Độ mao dẫn tối đa đo loại vải 72mm tương đương độ 100% 3.3.5 Tẩy dầu kết hợp với giũ hồ Trong thực tế vải mộc chứa nhiều tạp chất khác bao gồm: hồ, dầu khoáng, paraffin…Tại nhà máy dệt nhuộm, công nghệ xử lý vải sợi xử lý loại vải Chúng thí nghiệm CTR chế tạo để xử lý vải sợi công nghiệp Mẫu vải công nghiệp chứa tạp chất (m1) đưa vào tẩy rửa nhiều lần sau giặt sạch, sấy khô khối lượng không đổi (m2) Bảng 3.14: Mối quan hệ độ nhả bẩn độ mao dẫn loại vải Vải cotton STT Độ nhả bẩn (%) Vải polyeste Độ mao Độ nhả bẩn dẫn (mm) (%) Vải pha Độ mao dẫn (mm) Độ nhả bẩn (%) Độ mao dẫn (mm) 16.5 15 16 16.4 13 35 26 34.5 19 34.5 23 54 38 52.6 28 52.6 32 72.6 51 70.8 37 70.6 42 88.5 62 86 45 85.8 51 99.8 72 99.4 52 99.6 58 100 90 Độ g iảm khố i lượn g(% ) 80 70 60 Vải Cotton 50 Vải Pha 40 Vải PE 30 20 10 0 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 Độ mao dẫn (mm) Hình 3.17: Đồ thị quan hệ độ nhả bẩn độ mao dẫn loại vải sợi ngâm CTR để loại bỏ tạp chất Nguyễn Thị Vân Anh - 73 - Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn tốt nghiệp Tổng hợp chất HĐBM xúc tác siêu axits rắn… Ta tiến hành khảo sát loại vải vải cotton, vải polyeste (PET) vải pha (PET/CO) Các bước thực trình bày phần thực nghiệm Mẫu vải sau giặt sạch, sấy khô đến khối lượng không đổi đưa đo độ mao dẫn Kết cho bảng 3.14 Từ bảng 3.14 ta xây dựng đồ thị mối quan hệ độ nhả bẩn độ mao dẫn loại vải thể hình 3.17 Từ đồ thị hình 3.17 ta thấy độ mao dẫn vải cotton sau tẩy đạt 72mm, ứng với độ 99.8% (~100%) tương đương trạng thái khối lượng vải sau tẩy không đổi Nhận xét tương tự với vải polyeste sau tẩy độ mao dẫn 52mm ứng với độ 99.4% (~100) vải pha sau tẩy độ mao dẫn đạt 58mm ứng với độ 99.6% (~100) Có thể rút nhận xét : CTR chế tạo có hoạt tính bề mặt cao, tẩy dầu mỡ bám vải sợi mà tẩy tất chất bẩn dạng béo, paraffin, hồ, tạp chất học bám vải sợi Phương pháp đo độ mao dẫn tỏ ưu việt để đánh giá HTTS chất HĐBM để xử lý tẩy vải sợi Để đánh giá khả tạo nhũ, khả hòa tan chất HĐBM CTR nước, sử dụng đại lượng HLB (chỉ số cân tính ưa dầu nước) Chỉ số lớn, tính tạo nhũ tính tan nước tăng Bảng 3.15: Mối quan hệ khả phân tán nước giá trị HLB STT Khả phân tán Giá trị HLB Không phân tán nước 1÷4 Phân tán 4÷9 Tạo nhũ nhanh, phân tán đục, dạng sữa, ÷ 14 Dung dịch trong, phân tán tạo nhũ tốt >14,5 Rõ ràng đặc tính: độ nhũ hóa, số HLB, HTTS có quan hệ mật thiết với theo tỷ lệ thuận Muốn HTTS, phải tăng số HLB cách tạo nhóm có tính phân cực hơn, có tính hướng nước để đẩy mạnh nhũ hóa, hòa tan Kết hợp với số liệu thực nghiệm bảng 3.15 cho thấy giá trị HLB lớn nồng độ axít H2SO470 % chuỗi phản ứng chưa đạt giá trị max Khi nghiên cứu HTTS chất HĐBM CTR khác nhau, nhận thấy rằng, HTTS tăng, tương ứng HLB cao, tức khả tạo nhũ hòa tan nước tăng Tuy nhiên khó khăn việc xác định số mà xác định mẫu có HTTS (đo thông qua độ mao dẫn), cao thấp Nguyễn Thị Vân Anh - 74 - Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn tốt nghiệp Tổng hợp chất HĐBM xúc tác siêu axits rắn… 3.4 THIẾT LẬP CƠ CHẾ TẨY RỬA Để thiết lập chế xử lý tẩy dầu mỡ vải sợi, cần phải nghiên cứu thông số ảnh hưởng đến trình nồng độ CTR, SCBM, điện Zeta, nồng độ mixen tới hạn, số HLB dung dịch CTR 3.4.1 Xác định nồng độ CTR hợp lý Khi sử dụng CTR để xử lý dầu mỡ vải sợi, sử dụng dạng dung dịch CTR nước gọi nhũ tương Để xác định nồng độ nhũ tương hợp lý, tiến hành xác định nồng độ mixen tới hạn mẫu CTR có thành phần 90% dầu thông biến tính, % axit oleic, % LAS, 0,5 % Glyxerin, % TEA Xác định nồng độ mixen tới hạn cách pha dung dịch CTR nồng độ khác Tiến hành đo SCBM mẫu nhiệt độ, kết thu sau: Bảng 3.16 : Giá trị SCBM nồng độ CTR khác TT Nồng độ dd CTR (%) SCBM (mN/m) 4,0 52,8 3,6 50,4 3,4 48,8 3,2 47,6 3,0 48,2 2,5 52,1 Từ kết thu ta xây dựng đồ thị hình 3.18, qua cho thấy, nồng độ 3.2% SCBM CTR thay đổi đột ngột, theo định nghĩa [ ] nồng độ 3.2% CTR nồng độ mixen tới hạn Mối quan hệ sức căng bề mặt nồng độ CTR 54 53 52 52.8 52.1 SCBM(nM/m) 51 50.4 50 49 48.8 48.2 48 47.6 47 46 45 44 2.5 3.2 3.4 3.6 Nồng độ CTR (%) Hình 3.18 : Quan hệ SCBM nồng độ dung dịch CTR Nguyễn Thị Vân Anh - 75 - Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn tốt nghiệp Tổng hợp chất HĐBM xúc tác siêu axits rắn… Qua bảng số liệu 3.16 đồ thị hình 3.18 thể mối quan hệ giứa SCBM nồng độ dung dịch CTR: ứng với khoảng nồng độ dung dịch CTR từ ÷ 3,2 % tăng nồng độ dung dịch CTR SCBM dung dịch giảm, khả hấp thụ CTR lên bề mặt bị nhiễm bẩn tăng làm giảm khả bám dính chất bẩn bề mặt nhiễm bẩn, chất bẩn dễ dàng tách khỏi bề mặt trình tẩy rửa HTTS tăng lên Tại nồng độ dung dịch 3,2% SCBM đạt giá trị nhỏ 47,6 mN/m Nếu vết bẩn thông thường cần tẩy rửa nồng độ chế xảy chế trôi [3] Tuy nhiên dầu mỡ bám vải sợi có tính chất đặc biệt, chúng len lỏi vào pore, khe sợi bền chặt tẩy rửa khó Nên trình tẩy rửa không hoàn toàn theo chế trôi mà phải có trợ giúp trình hòa tan Dầu thông dung dịch dung môi để trợ giúp trình hòa tan Vì cần phải tăng nồng độ CTR để hòa tan nốt phần dầu lại không bị tẩy chế trôi Ta tiến hành khảo sát nồng độ CTR qua độ mao dẫn (đã biện luận phần trước) để xác định nồng độ CTR hợp lý: Trước hết ta pha CTR với nồng độ tăng dần từ 0% - 10% Tạo mẫu vải có kích thước 30cm x 5cm từ loại vải trên, tẩm no dầu, để khô sau ngâm CTR rửa thời gian 30 phút Sau thời gian ta lấy mẫu ra, giũ nước, để khô đo độ mao dẫn ba loại vải cotton, polyeste vải pha Kết đo thể bảng sau: Bảng 3.17: Quan hệ nồng độ CTR độ mao dẫn loại vải sợi Nồng độ ( % ) Độ mao dẫn (mm) Cotton PET 16 27 18 39 27 51 37 62 45 72 52 73 53 10 74 54 Từ số liệu ta xây dựng đồ thị hình 3.19 Nguyễn Thị Vân Anh - 76 - Vải Pha 12 22 31 41 50 58 59 60 Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn tốt nghiệp Tổng hợp chất HĐBM xúc tác siêu axits rắn… Ta nhận thấy nồng độ CTR 6%-10% độ mao dẫn ba loại vải sợi không tăng nhiều Nếu tiếp tục tăng nồng độ CTR xảy trình keo tụ nên SCBM dung dịch tăng lên khả tẩy rửa dung dịch giảm Do kết kuận nồng độ 6% nồng độ phù hợp để xử lý tẩy ba loại vải sợi Mối quan hệ nồng độ CTR độ mao dẫn loại vải sợi 80 Độ mao dẫn (mm) 70 62 60 50 51 40 41 37 39 30 20 10 0 73 74 58 52 59 53 60 54 Vải CO Vải PET Vải PET-CO 31 27 27 22 18 16 12 50 45 72 10 Nồng độ CTR (%) Hình 3.19: Quan hệ nồng độ CTR độ mao dẫn loại vải sợi Trong thực tế sản xuất độ mao dẫn vải cotton đạt 60 mm tiến hành nhuộm Do để đạt hiệu kinh tế ta cần dùng CTR có nồng độ 6% mà không cần pha nồng độ cao Độ mao dẫn thực tế vải cotton đạt 72mm, HTTS đạt 100% 3.4.2 Thiết lập mô hình chế xử lý dầu mỡ vải sợi Từ kết nghiên cứu tính chất hóa lý bề mặt vải sợi phổ IR ảnh SEM [4, 9] thấy rằng, dầu mỡ bám bề mặt vải mà chui sâu vào bên mao quản sợi vải Do muốn tẩy dầu mỡ chất bẩn bám vải sợi cần phải dùng CTR có hoạt tính cao, độ phân cực lớn đồng thời phải tương đồng cấu trúc với phân tử dầu mỡ (nhất phân tử hydrocacbon có thành phần cặn nặng) để dễ dàng hòa tan lôi kéo phân tử dầu mỡ khỏi bề mặt vải sợi Cơ chế trình tẩy rửa dầu mỡ dựa hai chế chế trôi chế hòa tan hóa minh họa hình 3.20 3.21 + Quá trình tẩy rửa dầu mỡ vải sợi theo chế trôi (Rolling Up): Khi pha CTR vào nước làm cho dung dịch tạo thành có SCBM thấp nhiều so với ban đầu, với dung dịch % CTR SCBM dung dịch CTR 42,8 mN/m Nguyễn Thị Vân Anh - 77 - Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn tốt nghiệp Tổng hợp chất HĐBM xúc tác siêu axits rắn… Với bề mặt nhiễm bẩn bề mặt rắn nhẵn chất bẩn dầu mỡ bám dính bề mặt có góc tiếp giáp θ > 900, chất bẩn tẩy theo chế trôi mô tả hình 3.20 Các mixen CTR tiến lại gần phân tử dầu mỡ, tác dụng việc giảm SCBM dung dịch, làm giảm góc thấm ướt phân tử dầu mỡ bề mặt nhiễm bẩn, cuối phân tử dầu mỡ tách khỏi bề mặt bị nhiễm bẩn nhờ lực căng bề mặt tác động dòng nước Hình 3.20 Mô hình chế tẩy dầu mỡ theo chế trôi với góc tiếp giáp θ > 900 Hình 3.21 Mô hình chế tẩy dầu mỡ theo chế trôi với góc tiếp giáp θ < 900 Đối với bề mặt vải sợi, có cấu trúc bao gồm nhiều bó sợi, sợi lại có hệ thống mao quản, chất bẩn bám bề mặt vải sợi thường có góc tiếp giáp θ