Phân tích thành phần hóa học, tính chất của hệ chất tạo bọt trong dung dịch chữa cháy 3% có độ nở thấp

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TÔ PHÚC DU PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN HĨA HỌC, TÍNH CHẤT CỦA HỆ CHẤT TẠO BỌT TRONG DUNG DỊCH CHỮA CHÁY % CÓ ĐỘ NỞ THẤP LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Thái Nguyên – 2020 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƠ PHÚC DU PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN HĨA HỌC, TÍNH CHẤT CỦA HỆ CHẤT TẠO BỌT TRONG DUNG DỊCH CHỮA CHÁY % CÓ ĐỘ NỞ THẤP Chun ngành: Hóa phân tích Mã số: 8.44.01.18 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS TRƯƠNG THỊ THẢO TS LÊ VĂN THỤ Thái Nguyên – 2020 LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc tới TS Trương Thị Thảo TS Lê Văn Thụ, giao đề tài tận tình hướng dẫn, dìu dắt tơi suốt q trình nghiên cứu hồn thiện luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm Khoa Hóa học, thầy giáo cán nhân viên phịng thí nghiệm trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên Trung tâm phát triển công nghệ cao, Viện Hàn lâm khoa học Việt Nam tạo điều kiện thuận lợi để thực luận văn Tôi xin bày tỏ lịng biết ơn tới gia đình, bạn bè đồng nghiệp động viên, ủng hộ giúp đỡ suốt thời gian học tập nghiên cứu Mặc dù có nhiều cố gắng trình thực luận văn khơng tránh khỏi sai sót khiếm khuyết Tơi mong nhận ý kiến đóng góp quý thầy cô bạn đồng nghiệp để luận văn đầy đủ hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn Tô Phúc Du a MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN a MỤC LỤC b DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT d DANH MỤC HÌNH e DANH MỤC BẢNG BIỂU f MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Cháy phương pháp chữa cháy 1.1.1 Nguyên nhân hình thành đám cháy 1.1.2 Phân loại đám cháy 1.1.3 Các phương pháp chữa cháy 1.2 Công nghệ chữa cháy sử dụng chất tạo bọt 1.2.1 Giới thiệu chung 1.2.2 Phân loại chất tạo bọt 10 1.2.3 Thành phần chất tạo bọt 17 1.2.4 Các tính chất hệ chất tạo bọt dung dịch chữa cháy có độ nở thấp 17 1.3 Phương pháp nghiên cứu tính chất chất tạo bọt 20 1.3.1 Phương pháp phân tích xác định độ nở thời gian bán hủy 20 1.3.2 Phương pháp phân tích xác định sức căng bề mặt, hệ số lan truyền 21 1.3.3 Phương pháp phân tích khả tương hợp độ bền nhiệt 22 1.3.4 Phương pháp phân tích xác định thành phần nồng độ chất tạo bọt 23 1.4 Các nội dung nghiên cứu luận văn 24 Chương 2: THỰC NGHIỆM 25 2.1 Hóa chất thiết bị 25 2.1.1 Hóa chất 25 2.1.2 Thiết bị 25 2.2 Nội dung thực nghiệm 26 2.2.1 Phân tích thơng số kỹ thuật chất tạo bọt 26 Chương 3: KẾT QUẢ THẢO LUẬN 28 3.1 Phân tích xác định thơng số kỹ thuật chất hoạt động bề mặt 28 b 3.1.1 Hệ chất HĐBM 28 3.1.2 Hệ nhiều chất HĐBM 30 3.1.3 Tối ưu hóa phối trộn chất HĐBM 36 3.2 Phân tích xác định thơng số kỹ thuật chất trợ HĐBM phụ gia 42 3.2.1 Độ nở, thời gian bán hủy chất trợ HĐBM 42 3.2.2 Độ nở, thời gian bán hủy chất phụ gia 43 3.2.3 Phân tích hệ số lan truyền 45 3.3 Phân tích độ bền hỗn hợp chất HĐBM với chất trợ HĐBM chất phụ gia 45 3.4 Xây dựng tối ưu hóa quy trình kỹ thuật chế tạo hệ dung dịch chữa cháy tạo bọt tạo màng nước % 48 3.4.1 Phân tích thời gian khuấy tốc độ khuấy chất tạo bọt tạo màng nước 48 3.4.2 Lập cơng thức phân tích chất tạo bọt chữa cháy tạo màng nước % 49 KẾT LUẬN 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN c DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT APGs Alkyl polyglucosides DCF DuPont™ Capstone® fluorosurfactant HĐBM Hoạt động bề mặt HEC Hydroxyethyl cellulose LHSB Lauryl hydroxy sulfobetaine NPE Nonyl phenol ethoxylate SCBM Sức căng bề mặt TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam d DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Mơ hình cháy kiểu tam giác Hình 1.2 Mơ tả q trình hình thành bọt chữa cháy Hình 1.3 Đồ thị Zisman sức căng bề mặt mẫu gỗ 12 Hình 1.4 Tạo màng bọt nhiên liệu hydrocacbon 13 Hình 1.5 Bọt chữa cháy có độ nở thấp 16 Hình 1.6 Bọt chữa cháy có độ nở trung bình 16 Hình 1.7 Bọt chữa cháy có độ nở cao 16 Hình 1.8 Bình thu để xác định độ nở thời gian bán phân hủy 21 Hình 1.9 Bộ phận thu bọt để xác định độ nở thời gian bán phân hủy 21 Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn mặt mục tiêu σ theo giá trị nồng độ chất HĐBM 40 Hình 3.2 Các đường đồng mức biểu diễn giá trị σ theo nồng độ chất HĐBM 41 Hình 3.3 Ảnh hưởng tốc độ khuấy chất tạo bọt tạo màng nước 3% 49 e DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 NFPA phân loại nhiên liệu dễ cháy 11 Bảng 3.1 Độ nở thời gián bán hủy dung dịch DCF 28 Bảng 3.2 Kết khảo sát độ nở thời gian bán hủy chất HĐBM hydrocacbon 29 Bảng 3.3 Sức căng bề mặt chất HĐBM 30 Bảng 3.4 Biến thiên pH σ hệ DCF : APG (tỉ lệ: 1:1) theo thời gian ủ nhiệ 31 Bảng 3.5 Biến thiên pH σ hệ DCF : APG (tỉ lệ: 1:2) theo thời gian ủ nhiệ 31 Bảng 3.6 Biến thiên pH σ hệ DCF : APG (tỉ lệ: 1:3) theo thời gian ủ nhiệ 31 Bảng 3.7 Biến thiên pH σ hệ DCF : APG (tỉ lệ: 1:4) theo thời gian ủ nhiệt .31 Bảng 3.8 Biến thiên pH σ hệ DCF : APG : LHSB (tỉ lệ: 1:3:1) theo thời gian ủ nhiệt 32 Bảng 3.9 Biến thiên pH σ hệ DCF : APG : LHSB (tỉ lệ: 1:3:2) theo thời gian ủ nhiệt 32 Bảng 3.10 Biến thiên pH σ hệ DCF : APG : LHSB (tỉ lệ: 1:3:3) theo thời gian ủ nhiệt 33 Bảng 3.11 Biến thiên pH σ hệ DCF : APG : LHSB (tỉ lệ: 1:3:4) theo thời gian ủ nhiệt 33 Bảng 3.12 Biến thiên pH σ hệ DCF : APG : NPE (tỉ lệ: 1:3:1) theo thời gian ủ nhiệt 34 Bảng 3.13 Biến thiên pH σ hệ DCF : APG : NPE (tỉ lệ: 1:3:2) theo thời gian ủ nhiệt 34 Bảng 3.14 Biến thiên pH σ hệ DCF : APG : NPE (tỉ lệ: 1:3:3) theo thời gian ủ nhiệt 34 Bảng 3.15 Biến thiên pH σ hệ DCF : APG : NPE (tỉ lệ: 1:3:4) theo thời gian ủ nhiệt 34 Bảng 3.16 Biến thiên pH σ hệ DCF : APG : LHSB : NPE theo thời gian ủ nhiệt 35 Bảng 3.17 Phân tích độ nở, thời gian bán hủy hệ chất HĐBM 36 Bảng 3.18 Kết tính tốn σ thí nghiệm quy hoạch theo ma trận yếu tố toàn phần 38 Bảng 3.19 Kết thí nghiệm theo phương pháp quay bậc Box – Hunter 39 f Bảng 3.20 Kết xác định hệ số lan truyền 42 Bảng 3.21 Kết phân tích lựa chọn chất trợ HĐBM 43 Bảng 3.22 Phân tích ảnh hưởng HEC đến độ nở thời gian bán hủy 44 Bảng 3.23 Phân tích ảnh hưởng glycerin đến nhiệt độ đông đặc 44 Bảng 3.24 Phân tích ảnh hưởng Ure đến độ nhớt 45 Bảng 3.25 Kết phân tích hệ số lan truyền 46 Bảng 3.26 Biến thiên pH σ hệ N (DCF : APG : LHSB : NPE) + % Butyl diglycol theo thời gian ủ nhiệt 46 Bảng 3.27 Biến thiên pH σ hệ N (DCF : APG : LHSB : NPE) + 2,5 % Glycerin theo thời gian ủ nhiệt 47 Bảng 3.28 Biến thiên pH σ hệ N (DCF : APG : LHSB : NPE) + 1,5 % Ure theo thời gian ủ nhiệt 47 Bảng 3.29 Biến thiên pH σ hệ N (DCF : APG : LHSB : NPE) + 1,0 % HEC theo thời gian ủ nhiệt 47 Bảng 3.30 Biến thiên pH σ hệ N (DCF : APG : LHSB : NPE) + chất phụ gia theo thời gian ủ nhiệt 47 Bảng 3.31 Kết phân tích thời gian khuấy tốc độ khuấy 48 Bảng 3.32 Kết kiểm tra thông số kỹ thuật chất tạo bọt chữa cháy tạo màng nước 50 g MỞ ĐẦU Từ xa xưa, người biết dùng nước để dập tắt đám cháy rừng, cháy nhà, cháy thuyền bè vốn làm từ vật liệu tự nhiên gỗ, tre nứa, cỏ, ngày nay, nước chất chữa cháy chủ yếu với khả làm mát tốt giá thành rẻ Tuy nhiên, ngày nay, với khoa học kỹ thuật phát triển, vật liệu quen thuộc sống sản xuất gỗ tre nứa mà kim loại, nhựa, nhiều chất lỏng nhiên liệu khác xăng, dầu …, nước khơng cịn vật liệu dập nửa hiệu nữa, với đám cháy xăng, dầu hay chất lỏng dễ cháy khác nước có tỷ trọng lớn chất lỏng dễ cháy nên dùng nước dập cháy, nhanh chóng chìm xuống bề mặt nhiên liệu mà khơng có tác động đáng kể đám cháy Vì địi hỏi vật liệu dập lửa phù hợp Để kiểm soát đám cháy cần nhiều biện pháp tổng thể kết hợp đó, việc trang bị đầy đủ phù hợp chất tạo bọt chữa cháy, phương tiện chữa cháy biện pháp vô quan trọng hiệu Ngày với phát triển vượt bậc khoa học công nghệ, bọt chữa cháy phát triển thành nhiều loại để đáp ứng cho mục đích chữa cháy cho đám cháy cụ thể Chất tạo bọt chữa cháy ứng dụng để dập tắt đám cháy ngăn cản cháy lại vụ cháy chất rắn, chất lỏng dễ cháy, khí nén, cháy trạm biến áp, nhà xưởng, tàu thuyền chở nhiên liệu Với tính chất dập cháy nhanh, phổ biến nên bọt chữa cháy loại chất chữa cháy sử dụng rộng rãi thị trường Các loại chất tạo bọt sử dụng phổ biến chất tạo bọt chữa cháy sử dụng nước biển, chất tạo bọt chữa cháy tạo màng nước sử dụng nước ngọt, nước biển chất tạo bọt chữa cháy tạo màng nước bền rượu Trên giới, sản phẩm tập trung nghiên cứu từ lâu, trội nước phát triển có khoa học công nghệ cao như: Anh, Pháp, Mỹ… Hiện nay, nói sản phẩm nghiên cứu đến mức tối ưu hiệu dập cháy đa dạng chủng loại sản phẩm theo tính chất đám cháy yêu cầu người sử dụng Các sản phẩm bọt chữa cháy nước ngồi thơng thường sản xuất cung cấp cơng ty lớn tập đồn đa quốc gia Mỗi nhà cung cấp khác có quy trình cơng nghệ dây chuyền thiết bị sản xuất đồng tương ứng riêng Có thể nói bí riêng nên không phổ biến rộng 15 100 250 220 + 0 0 0 17,09 16 100 250 220 + 0 0 0 17,12 17 100 250 220 + 0 0 0 17,05 18 100 250 220 + 0 0 0 17,09 19 100 250 220 + 0 0 0 17,13 20 100 250 220 + 0 0 0 17,06 Tiến hành tối ưu hóa hệ chất hoạt động bề mặt phần mềm thống kê Minitab 16 kết quy hoạch tối ưu hóa theo phương trình hồi quy tương thích với thực nghiệm sau: ŷ = 17,074 - 0,041x1 - 0,06x3 - 0,019x1x2 + 0,026x1x3 - 0,029x2x3 + 0,086x12 + 0,072x22 + 0,098x32 Phương trình hồi quy tỷ lệ xích tự nhiên: Ŷ = 42,81 - 5,324*10-2Z1 - 8,279*10-2Z2 - 0,1118*Z3 - 4,69*10-5Z1Z2 + 6,56*10-5Z1Z3 - 7,19*10-5 Z2Z3 + 2,423*10-4Z12 + 2,07*10-4 Z22 + 2,733*10-4Z32 Sử dụng phần mềm MINITAB 16 vẽ mặt tối ưu: a b c Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn mặt mục tiêu σ theo giá trị nồng độ chất HĐBM 40 Hình 3.2 Các đường đồng mức biểu diễn giá trị SCBM theo nồng độ chất HĐBM Sau vẽ mặt tối ưu ta thấy hàm đạt giá trị nhỏ cực trị riêng phần nó: Z1 = 103,74 g/kg Z2 = 251,02 g/kg Z3 = 225,1 g/kg Thay giá trị vào phương trình  = 17,06 mN/m Nồng độ tối ưu chất DCF = 103,74 ≈ 104 g/kg APG = 251,02 ≈ 251 g/kg LHSB = 150,01 ≈ 150 g/kg NPE = 74,94 ≈ 75 g/kg Sau tối ưu hóa thành phần hàm lượng chất HĐBM riêng phần tối ưu quy trình chế tạo, hệ số lan truyền mẫu dung dịch tạo bọt tạo màng nước xác định, kết thu bảng 3.20: 41 Bảng 3.20 Kết xác định hệ số lan truyền Lần thí SCBM SCBM SCBM Hệ số lan nghiệm γc γf γi truyền S 24,15 17,10 3,75 3,30 24,19 17,05 3,72 3,42 24,20 17,11 3,73 3,36 24,21 17,07 3,71 3,43 24,27 17,09 3,74 3,44 24,33 17,09 3,71 3,53 Trung bình 24,23 17,08 3,73 3,42 3.2 Phân tích xác định thông số kỹ thuật chất trợ HĐBM phụ gia 3.2.1 Độ nở, thời gian bán hủy chất trợ HĐBM Chất trợ HĐBM góp phần cải thiện hoạt tính chất HĐBM, giúp ổn định tăng cường chất HĐBM hợp phần Một số phân tích cho thấy kết có mặt chất trợ HĐBM bọt tạo thành có độ nở thời gian bán hủy tốt Do cần tiến hành phân tích độ nở bọt thời gian bán hủy bọt hỗn hợp chất HĐBM có mặt chất trợ HĐBM riêng lẻ từ chọn chất trợ HĐBM tạo tính chất tốt cho dung dịch bọt tạo thành Sử dụng hệ chất HĐBM tối ưu hóa để tạo mẫu chất tạo bọt tạm thời, sau thêm chất trợ HĐBM tiến hành đo độ nở thời gian bán hủy Butyl diglycol thể chất làm tăng cường bọt, làm cho thể tích bọt tăng lên bọt bền nên chọn sử dụng chất trợ HĐBM butyl diglycol cho chất tạo bọt tạo màng nước Tuy nhiên hàm lượng chất trợ HĐBM phải phân tích để phù hợp với chất tạo bọt tạo màng nước % Sử dụng hệ chất HĐBM tối ưu hóa (gọi tắt hệ N) để tạo mẫu chất tạo bọt tạm thời, sau thêm chất trợ HĐBM với hàm lượng thay đổi từ đến % khối lượng Chế tạo 100 g chất tạo bọt gồm thành phần: 58 % chất HĐBM theo tỷ lệ 42 tối ưu, 1-7 % chất trợ HĐBM nước để đủ 100 g khối lượng Các mẫu chất tạo bọt đo độ nở thời gian tiết nước, kết trình bày bảng 3.21: Bảng 3.21 Kết phân tích lựa chọn chất trợ HĐBM Chất trợ HĐBM STT Độ nở Thời gian bán hủy (lần) (phút:giây) N 5,6 3:34 N + 1% butyl diglycol 5,6 3:38 N + 2% butyl diglycol 5,6 3:42 N + 3% butyl diglycol 5,7 3:47 N + 4% butyl diglycol 5,8 3:52 N + 5% butyl diglycol 5,9 4:18 N + 6% butyl diglycol 5,8 4:19 N + 7% butyl diglycol 5,9 4:22 Kết đo độ nở thời gian bán hủy mẫu tạo bọt có mặt chất trợ HĐBM cho thấy, với hàm lượng chất trợ HĐBM sử dụng làm tăng độ nở thời gian bán hủy bọt Điều có nghĩa độ bền học bọt tăng lên số hàm lượng chất trợ HĐBM phân tích, sử dụng % butyl diglycol có khả làm tăng độ nở thời gian bán hủy bọt tốt Như với kết Butyl diglycol giúp cho hệ dung dịch bọt tạo thành có tính chất tốt đáp ứng cho tiêu kỹ thuật bọt hình thành Do sử dụng % butyl diglycol cho phân tích 3.2.2 Độ nở, thời gian bán hủy chất phụ gia Các chất phụ gia có thành phần chất tạo bọt khơng làm ảnh hưởng đến hoạt tính bề mặt sản phẩm mà góp phần làm cho bọt có đặc tính vượt trội loại phụ gia thêm vào Trong số loại chất phụ gia luận văn tập trung phân tích ảnh hưởng chất làm tăng độ bền bọt, chất chống đông chất điều chỉnh độ nhớt đến số tính chất bọt 3.2.2.1 Chất tăng độ bền bọt Xác định ảnh hưởng hydroxyethyl celluose (HEC) lên độ nở thời gian 43 bán hủy mẫu bọt giả định thực sau: chế tạo 100 g mẫu bọt gồm 58 % chất HĐBM theo tỷ lệ tối ưu, % chất trợ HĐBM butyl diglycol, hàm lượng HEC thay đổi từ – 3,0 % đồng hóa với nước Kết phân tích độ nở thời gian bán hủy trình bày bảng 3.22: Bảng 3.22 Phân tích ảnh hưởng HEC đến độ nở thời gian bán hủy Hàm lượng HEC (%) Độ nở (lần) Thời gian bán hủy (phút:giây) 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 5,6 5,6 5,7 5,7 5,8 5,8 5,9 4:10 4:12 4:26 4:25 4:28 4:35 4:38 Kết thí nghiệm cho thấy hàm lượng HEC 1,0 % bắt đầu có tăng nhẹ thời gian bán hủy nên chọn hàm lượng HEC 1,0 % cho phân tích 3.2.2.2 Chất chống đơng Phân tích ảnh hưởng glycerin đến nhiệt độ đông đặc 100g mẫu giả định: Glycerin với hàm lượng thay đổi từ – % đồng hóa với 58 % hỗn hợp gồm hệ chất HĐBM tối ưu hóa, % chất trợ hoạt động bề mặt nước để thành 100 g mẫu Kết xác định độ nở, thời gian tiết nước, nhiệt độ đông đặc độ ổn định đơng đặc hóa lỏng mẫu trình bày bảng 3.23: Bảng 3.23 Phân tích ảnh hưởng glycerin đến nhiệt độ đông đặc Hàm lượng glycerin (%) Độ nở (lần) 0,5 1,5 2,5 5,6 5,7 5,6 5,6 5,7 5,6 5,8 5,7 5,7 4:10 4:09 4:14 4:15 4:13 4:19 4:24 4:28 4:29 -2,4 -2,6 -2,8 -3,5 -4,4 -5,0 -5,6 -6,4 -6,8 Thời gian bán hủy (phút:giây) Nhiệt độ đông đặc (oC) Qua thí nghiệm phân tích nhiệt độ đơng đặc; độ ổn định đơng đặc hóa lỏng mẫu chất tạo bọt giả định với có mặt glycerin cho thấy 44 mẫu bọt giảm nhiệt độ đông đặc hàm lượng glycerin tăng sau hóa lỏng thu chất lỏng đồng Sự có mặt glycerin khơng làm thay đổi độ nở thời gian bán hủy nhiều Khi hàm lượng glycerin mức 2,5 % nhiệt độ đơng đặc đạt -5,0oC, mức an tồn điều kiện khí hậu Việt Nam Do vậy, chọn glycerin với hàm lượng 2,5 % làm chất chống đông để phân tích 3.2.2.3 Chất điều chỉnh độ nhớt Dựa kết phân tích chất tăng độ bền bọt (HEC) tham khảo thông số độ nhớt số sản phẩm tương tự giới, tiến hành phân tích giảm độ nhớt chất tạo bọt có mặt ure mẫu bọt giả định với 1,0 % HEC Tiến hành phân tích 100 g mẫu bọt với 58 % chất HĐBM theo tỷ lệ tối ưu, 1,0 % HEC, – % ure lượng nước vừa đủ để thành 100 g dung dịch Kết trình bày bảng 3.24: Bảng 3.24 Phân tích ảnh hưởng Ure đến độ nhớt Hàm lượng ure (%) Độ nở (lần) Thời gian bán hủy (phút:giây) Độ nhớt (mm2/s) 0,5 1,5 2,5 3,5 5,8 5,8 5,9 5,8 5,9 5,9 5,8 5,8 5,9 4:10 4:12 4:14 4:39 4:38 4:39 4:41 4:45 4:47 89,7 77,5 75,6 69,7 67,5 65,6 50,5 49,4 48,6 Qua thí nghiệm phân tích giảm độ nhớt mẫu chất tạo bọt chữa cháy tạm thời thấy với hàm lượng ure 1,5 % độ nhớt đạt theo yêu cầu mong muốn thời gian tiết nước tăng lên đáng kể Do sử dụng kết để thực nội dung phân tích 3.2.3 Phân tích xác định hệ số lan truyền Sau tối ưu hóa thành phần hàm lượng chất HĐBM riêng phần tối ưu quy trình chế tạo, hệ số lan truyền mẫu dung dịch tạo bọt tạo màng nước theo công thức: S = σc - σf - σi Phân tích 100 g mẫu bọt theo công thức: 58 % hệ chất HĐBM tối ưu + % butyl diglycol + 2,5 % glycerin + 1,0 % HEC +1,5 % ure + 32 % nước Lấy % mẫu 45 chất tạo bọt pha vào 97 % nước dung dịch tạo bọt xác định hệ số lan truyền, kết phân tích hệ số lan truyền trình bày bảng 3.25: Bảng 3.25 Kết phân tích hệ số lan truyền Lần thí SCBM SCBM SCBM Hệ số lan nghiệm σc σf σi truyền S 24,31 17,24 3,93 3,14 24,27 17,20 3,96 3,11 24,17 17,12 3,96 3,09 Trung bình 24,25 17,19 3,95 3,11 Kết trung bình hệ số lan truyền mẫu chất tạo bọt tính tốn 3,11 với giá trị chất tạo bọt phân tích gọi chất tạo bọt tạo màng nước, tức bọt có khả tự lan truyền bề mặt chất lỏng khác 3.3 Phân tích độ bền hỗn hợp chất HĐBM với chất trợ HĐBM chất phụ gia Tiến hành phân tích 100 g mẫu chất tạo bọt bao gồm chất HĐBM với tỷ lệ tối ưu hóa (gọi tắt hệ N) với có mặt chất phụ gia (hàm lượng chất phụ gia phân tích trên) 32 % nước Các mẫu chất tạo bọt ủ đẳng nhiệt 150oC, xác định biến thiên pH SCBM mẫu dung dịch theo mốc thời gian khác nhau, kết thu sau: Bảng 3.26 Biến thiên pH σ hệ N (DCF : APG : LHSB : NPE) + 5% Butyl diglycol theo thời gian ủ nhiệt Thời gian ủ nhiệt (h) Thông số pH/σ ΔpH 7,26 0,22 0,21 0,21 0,20 0,28 0,27 Δσ 17,09 0,32 0,34 0,38 0,35 0,39 0,40 46 Bảng 3.27 Biến thiên pH σ hệ N (DCF : APG : LHSB : NPE) + 2,5% Glycerin theo thời gian ủ nhiệt Thời gian ủ nhiệt (h) Thông số pH/σ ΔpH 7,34 0,31 0,33 0,32 0,31 0,28 0,31 Δσ 17,82 0,24 0,23 0,26 0,23 0,24 0,22 Bảng 3.28 Biến thiên pH σ hệ N (DCF : APG : LHSB : NPE) + 1,5% Ure theo thời gian ủ nhiệt Thời gian ủ nhiệt (h) Thông số pH/σ ΔpH 7,26 0,20 0,21 0,24 0,23 0,22 0,26 Δσ 18,16 0,22 0,22 0,23 0,25 0,22 0,28 Bảng 3.29 Biến thiên pH σ hệ N (DCF : APG : LHSB : NPE) + 1,0% HEC theo thời gian ủ nhiệt Thời gian ủ nhiệt (h) Thông số pH/σ ΔpH 7,18 0,24 0,23 0,27 0,25 0,27 0,29 Δσ 17,70 0,26 0,23 0,21 0,25 0,24 0,27 Bảng 3.30 Biến thiên pH σ hệ N (DCF : APG : LHSB : NPE) + 04 chất phụ gia theo thời gian ủ nhiệt Thời gian ủ nhiệt (h) Thông số pH/σ ΔpH 7,34 0,14 0,13 0,17 0,20 0,21 0,20 Δσ 17,04 0,21 0,22 0,20 0,22 0,21 0,24 47 Sự biến thiên pH SCBM hệ vật liệu có mặt phụ gia phụ gia không lớn, điều phù hợp với lý thuyết chung chất phụ gia giá trị SCBM thay đổi nhỏ chứng tỏ hệ vật liệu nghiên cứu tương đối bền nhiệt, tính bền nhiệt phân tích kỹ thí nghiệm thử cháy theo tiêu chuẩn Việt Nam 3.4 Xây dựng tối ưu hóa quy trình kỹ thuật chế tạo hệ dung dịch chữa cháy tạo bọt tạo màng nước % 3.4.1 Phân tích thời gian khuấy tốc độ khuấy chất tạo bọt tạo màng nước Tiến hành phân tích thời gian khuấy tốc độ khuấy quy mô phịng thí nghiệm Cân chất có khối lượng sau: 1600 g Nước, 520 g DCF, 1255 g APG, 750 g LHSB, 375 g NPE, 50 g HEC, 75 g Ure, 125 g Glyxerin, 250 g Butyldiglycol Phối trộn chất theo thứ tự Nước; DCF; LHSB; NPE; APG; Butyldiglycol; Glyxerin; HEC; Urê tương ứng với thứ tự 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; thành 5000 g dung dịch ~ lít hỗn hợp, tiến hành khuấy tới hệ đồng nhất, đo ghi lại thời gian khuấy trộn Lấy chất tạo bọt thu pha trộn với nước để tạo thành dung dịch tạo bọt tạo màng nước tiến hành đo thông số như: thời gian bán hủy, sức căng bề mặt Kết thu bảng 3.31: Bảng 3.31 Kết phân tích thời gian khuấy tốc độ khuấy Tốc độ Thời gian Độ đồng Thời gian bán Sức căng khuấy khuấy hủy bề mặt (V/ph) (Phút) dung dịch (phút:giây) (mN/m) 50 360 Đồng 5:48 17,2 100 179 Đồng 5:41 17,1 150 86 Đồng 5:39 17,0 180 40 Đồng 5:45 16,8 200 41 Đồng 5:41 17,1 TT Theo kết phân tích tốc độ khuấy, tốc độ khuấy tăng thời gian khuấy giảm, tốc độ tăng đến 200 vịng/phút thời gian khuấy không giảm, để đảm bảo ổn định cho thiết bị tiết kiệm lượng tiêu hao trình chế tạo luận văn lựa chọn thời gian khuấy 40 phút, tốc độ khuấy 180 vòng/phút để chế tạo chất tạo bọt chữa cháy tạo màng nước 48 Hình 3.3 Ảnh hưởng tốc độ khuấy chất tạo bọt tạo màng nước % 3.4.2 Lập cơng thức phân tích chất tạo bọt chữa cháy tạo màng nước % Từ kết phân tích tối ưu thành phần, cơng thức chế tạo chất tạo bọt chữa cháy tạo màng nước % lập sau: Nồng độ Thành phần STT (%) DCF 10,4 APG 25,1 LHSB 15 NPE 7,5 HEC 1,0 Ure 1,5 Glycerin 2,5 Butyl diglycol 5,0 Nước 32 Sử dụng công thức chế tạo chất tạo bọt chữa cháy tạo màng nước để phân tích mẫu bọt để kiểm tra thơng số kỹ thuật cơng thức Kết phân tích thu bảng 3.32: 49 Bảng 3.32 Kết phân tích thơng số kỹ thuật chất tạo bọt chữa cháy tạo màng nước STT Nồng độ % Chỉ tiêu Lần Lần Lần Độ nở (lần) 5,5 5,6 5,6 Thời gian bán hủy (phút:giây) 4:52 4:58 4:48 pH 7,0 6,9 6,9 Khối lượng riêng 250C (g/cm3) 1,042 1,045 1,044 Hiệu dập cháy (giây) 279 266 276 Mức chống cháy lại (giây) 392 367 387 Các kết kiểm tra thông số kỹ thuật cơng thức chế tạo chất tạo bọt chữa cháy tạo màng nước % đạt yêu cầu kỹ thuật hiệu dập cháy theo TCVN 7278 – : 2003 50 KẾT LUẬN Dựa kết phân tích được, rút số kết luận sau: Đã phân tích hệ chất hoạt động bề mặt có tương hợp tốt bền nhiệt bao gồm: chất hoạt động bề mặt flo hóa DuPont™ Capstone® fluorosurfactant 1440 (DCF), chất hoạt động bề mặt hydrocacbon Alkyl polyglucosides (APG), Nonylphenol ethoxylates (NPE), Lauryl hydoxysulfo betaine (LHSB) Trong hệ có khả tương hợp tốt bền nhiệt hệ chứa chất hoạt động bề mặt với tỉ lệ DCF : APG : LHSB : NPE : : : khối lượng Đã tối ưu hóa hệ chất hoạt động bề mặt bền nhiệt với nồng độ chất DCF = 104 g/kg; LHSB = 150 g/kg; NPE = 75 g/kg; APG = 251 g/kg Ở nồng độ tối ưu chất hoạt động bề mặt, sức căng bề mặt hệ đạt giá trị tối thiểu 17,06 mN/m Đã phân tích, xây dựng hệ chất hoạt động bề mặt bền nhiệt ứng dụng cho việc chế tạo hệ dung dịch chữa cháy tạo bọt tạo màng nước % có độ nở thấp với thời gian khuấy 40 phút, tốc độ khuấy 180 V/ph 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đặng Từng, Đào Quốc Hợp, Đắc Phong, Giáo trình Lý thuyết trình cháy, Tr 7, NXB Khoa học kỹ thuật, 2004 T Briggs Foams for firefighting in Foams: Theory, Measurements, and Applications, R.K Prud’homme and S.A Khan, Surfactant Science Series 57, Marcel Dekker, New York, 1996 J.L Bryan, Fire Suppression and Detection Systems, 2nd edn, Macmillan, New York, 1982 R Karthikeyan, S Balaji and P.K Sehgal, Industrial applications of keratins: a review J Sci Ind Res , 2007, 66, 710–715 Daizo Kubo, Yasuyoshi Fukuda, Protein foam fire-extinguishing chemical and an aqueous foam solution, US 6495056B2, 2002 Fire testing a new fluorinefree AFFF based on a novel class of environmentally sound high performance siloxane surfactants, Fire safety science, 2014, 11, 1261-1270 J R Lugar, R O Foernsler, H W Carhart, et al., Fifth Quadripartite Conference IEP ABCA-7, Dunfermline, October, 1978 Hà Văn Vân, Nghiên cứu chế tạo chất tạo bọt chữa cháy xăng dầu độ nở thấp, Đề tài NCKH cấp Bộ Công an, 2013 D.J Gardner, Application of the Lifshitz-van Der Waals acid-base approach to determine wood surface tension components, Wood and Fiber Science, 1996, 28, 422–428 10 US Department of Agriculture Forest Service, Specification 5100-307a, Specification for Fire Suppressant Foam for Wildland Firefighting (Class A Foam), June 1, 2007 11 Hideo Ohtani, Yusuke Koshba, Fire extinguishing agent and fire extinguishing method, US Patent, US 9782616 B2, 2017 12 R.J Farn, Chemistry and Technology of Surfactants Blackwell Publishing, Oxford, 2006 13 R.A Falk, Perfluoralkyl anion/perfluoroalkyl cation ion pair complexes US patent 4,420,434, December 13, 1983 52 14 L.B Smolka and A Belmonte, Charge screening effects on filament dynamics in xanthan gum solutions J Non-Newtonian Fluid Mech., 137: 103, 2006 15 K.P Clark and R.A Falk, Polysaccharide/perfluoroalkyl complexes US patent 4,859,349, August 22, 1989 16 J.L Scheffey and C.P Hanauska, Status Report on Environmental Concerns Related to Aqueous Film Forming Foam (AFFF), Hughes Associates, Inc., 2002 17 T Cortina and S Korzeniowski AFFF industry in position to exceed environmental goals, Asia Pacific Fire, July, 2008 18 Tim Coope, Kenneth Moloy, Allison Yake, Viacheslava Petrov, Charles Taylor, Ming Hung, Sheng Peng, Fluorinated sulfamido amphoteric surfactants, Journal of Fluorine Chemistry, 161, 2014, 41–50 19 Tiêu chuẩn TCVN 7278-1 : 2003 (ISO 7203 - :1999), Chất chữa cháy - Chất tạo bọt chữa cháy - Phần 1: Yêu cầu kỹ thuật chất tạo bọt chữa cháy độ nở thấp dùng phun lên bề mặt chất lỏng cháy khơng hịa tan với nước 20 Tiêu chuẩn TCVN 7278-2 : 2003 (ISO 7203- :1995), Chất chữa cháy - Chất tạo bọt chữa cháy - Phần 2: Yêu cầu kỹ thuật chất tạo bọt chữa cháy độ nở trung bình cao dùng phun lên bề mặt chất lỏng cháy khơng hịa tan với nước 21 Tiêu chuẩn TCVN 7278-3: 2003 (ISO 7203 - :1999), Chất chữa cháy - Chất tạo foam chữa cháy - Phần 3: Yêu cầu kỹ thuật chất tạo bọt chữa cháy độ nở thấp dùng phun lên bề mặt chất lỏng cháy hòa tan với nước 22 LASTFIRE, http://www.lastfire.co.uk, 2011 23 K.P Clark, M Jacobson and C.H Jho, Compositions for polar solvent fire fighting containing perfluoroalkyl terminated co-oligomer concentrates and polysaccharides, US patent 5,218,021, June 8, 1993 24 L.R DiMaio and P.J Chiesa, Foam concentrate, US patent 5,225,095, July 6, 1993 25 G Garcia and P Durual, Alcohol resistant film-forming fluoroprotein foam concentrates US patent 5,824,238, October 20, 1998 26 Dennis P Nolan , Chapter 19 – Methods of Fire Suppression, Handbook of Fire and Explosion Protection Engineering Principles (Third Edition), For Oil, Gas, Chemical and Related Facilities, 2014, 313–352 53 CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN Nguyễn Thị Ngoan, Lương Như Hải, Đỗ Sơn Hải, Vương Văn Trường, Tô Phúc Du, Trương Thị Thảo, Lê Thị Thúy Hằng, Lê Văn Thụ, Nghiên cứu ảnh hưởng natri silicat đến tính chất bọt chữa cháy tạo màng nước, Tạp chí Hóa học, số 57 (6E1,2), trang 59 – 63, 12 - 2019 ... liệu, sản phẩm chữa cháy với tính ưu việt năm tới Do đó, việc nghiên cứu, phân tích xác định thành phần hóa học, tính chất hệ chất tạo bọt dung dịch chữa cháy tạo màng nước 3% có độ nở thấp quan trọng... có số sản phẩm protein) Một số hình ảnh bọt theo độ nở: 15 Hình 1.5 Bọt chữa cháy có độ nở thấp Hình 1.6 Bọt chữa cháy có độ nở trung bình Hình 1.7 Bọt chữa cháy có độ nở cao 16 1.2.3 Thành phần. .. TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TÔ PHÚC DU PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN HĨA HỌC, TÍNH CHẤT CỦA HỆ CHẤT TẠO BỌT TRONG DUNG DỊCH CHỮA CHÁY % CĨ ĐỘ NỞ THẤP Chun ngành: Hóa phân tích Mã số: 8.44.01.18 LUẬN VĂN THẠC