Chất HĐBM DCF, APG, NPE và LHSB đều tương hợp tốt và tan trong
nước, đặc biệt là APG không những tan tốt trong nước mà còn có khả năng tạo bọt tốt hơn các chất HĐBM khác. Do vậy, luận án lựa chọn hỗn hợp DCF và APG là thành phần chính và khảo sát với sự có mặt của các chất NPE, LHSB để xác định công thức tổ hợpvà khả năng bền nhiệt.
3.1.2.1. Hệ gồm 2 chất HĐBM
- Hệ gồm DCF : APG
Pha 100g hỗn hợp DCF và APG với các tỉ lệ khác nhau, xác định giá trị pH
và σtại thời điểm trước ủ nhiệt được kết quả trình bày tại bảng 3.3. Tiến hành khảo sát sự biến đổi pH và σcủa hệ dung dịch theo thời gian ủ ở nhiệt độ 150°C kết quả được trình bày tại bảng:
Bảng 3.3. Giá trị pH và σcủa hệ DCF : APG tại thời điểm ban đầu
Thông số Tỷ lệ DCF : APG
1 : 1 1 : 2 1 : 3 1 : 4
pH 7,84 7,76 7,81 7,78
53
Bảng 3.4. Biến thiên pH và σ của hệ DCF : APG theo thời gian ủ nhiệt
Thời gian (h) Tỷ lệ DCF : APG 1 : 1 1 : 2 1 : 3 1 : 4 ΔpH Δσ (mN/m) ΔpH Δσ (mN/m) ΔpH Δσ (mN/m) ΔpH Δσ (mN/m) 1 0,31 0,97 0,30 0,76 0,21 0,59 0,22 0,67 2 0,47 0,95 0,37 0,91 0,22 0,62 0,25 0,71 3 0,41 1,13 0,31 0,94 0,24 0,69 0,29 0,80 4 0,49 1,26 0,39 1,27 0,26 0,64 0,21 0,75 6 0,49 1,39 0,39 1,19 0,31 0,71 0,23 0,81 8 0,42 1,47 0,32 1,34 0,29 0,70 0,24 0,89
Trong đó: Δσ - Độ tăng σ ở các thời điểm ủ nhiệt (mN/m) ΔpH - Độ giảm pH ở các thời điểm ủ nhiệt
ết quả cho thấysự thay đổi về pH là không đáng kể, điều này là do APG và DCF là chất HĐBM nonion, không có sự phân ly ion, sự thay đổi pH chủ yếu là do các thành phần phụ có trong các sản phẩn chất HĐBM. Dựa vào các kết quả thu được, có thể thấy với tỉ lệ DCF : APG = 1 : 3 thì độ tăng σ ở khoảng rất hẹp, do vậy luận án chọn tỷ lệ DCF : APG = 1 : 3 để nghiên cứu tiếp ảnh hưởng của LHSB và NPE. Mặt khác, có thể thấy khi chỉ sử dụng chất HĐBM hydrocarbon APG thì sức căng bề mặt của dung dịch vẫn khá cao đạt giá trị khoảng 28 mN/m. Tuy nhiên, khi
kết hợp thêm với DCF thì sức căng bề mặt của dung dịch thu được giảm xuống còn khoảng 22 mN/m sau 8h ủ nhiệt. Điều này chứng tỏ việc sử dụng phối hợp giữa chất HĐBM fluor hóa và hydrocarbon mang lại kết quả tốttrong làm giảmsức căng bề mặt hơn so với chỉ sử dụng chất HĐBM hydrocarbon. Tuy nhiên giá trị sức căng bề mặt của hệ chất HĐBM chưa đạt yêu cầu nên luận án tiếp tục nghiên cứu hệ 3 chất HĐBM.
3.1.2.2. Hệ gồm 3 chất HĐBM
- Hệ gồm DCF : APG : LHSB
Kết quả khảo sát hệ 2 chất HĐBMđã lựa chọnđượctỷ lệ DCF : APG = 1 : 3.
Do vậy, cố định tỷ lệ này và thêm LHSB vào hỗn hợp với các tỷ lệ tương ứng, xác
định pH và σtại thời điểm ban đầu được kết quả trình bày tại bảng 3.5. hảo sát sự biến đổi pH và σcủa hệ dung dịch theo thời gian ủ ở nhiệt độ 150°C, kết quả được trình bày tại bảng 3.6:
54
Bảng 3.5:Giá trị pH và σ của hệ DCF : APG : LHSB tại thời điểm ban đầu
Thông số Tỷ lệ DCF : APG : LHSB
1 : 3 : 1 1 : 3 : 2 1 : 3 : 3 1 : 3 : 4
pH 7,54 7,36 7,81 7,28
σ (mN/m) 20,15 19,64 19,75 19,27
Bảng 3.6. Biến thiên pH và σ của hệ DCF : APG : LHSB theo thời gian ủ nhiệt
Thời gian (h) Tỷ lệ DCF : APG : LHSB 1 : 3 : 1 1 : 3 : 2 1 : 3 : 3 1 : 3 : 4 ΔpH Δσ (mN/m) ΔpH Δσ (mN/m) ΔpH Δσ (mN/m) ΔpH Δσ (mN/m) 1 0,30 0,98 0,26 0,67 0,24 0,69 0,23 0,66 2 0,27 0,92 0,27 0,61 0,23 0,72 0,26 0,73 3 0,21 1,23 0,21 0,74 0,23 0,69 0,29 0,70 4 0,29 1,36 0,28 0,72 0,28 0,74 0,25 0,75 6 0,25 1,42 0,29 0,71 0,31 0,74 0,23 0,71 8 0,26 1,51 0,23 0,67 0,29 0,77 0,27 0,79
ết quả cho thấy, ởthời điểm ban đầu khi chưa ủ nhiệt, hệ 3 chất HĐBM (có
thêm LHSB) đã có sự giảm SCBM hơn so với hệ 2 chất HĐBM (DCF, APG). Hệ bao gồm 2 chất HĐBM có sức căng bề mặt khoảng 22 mN/m, còn hệ bao gồm 3 chất HĐBM có sức căng bề mặt khoảng 19 mN/m. Như vậy, việc thêm LHSB đã làm giảm SCBM của hệ 3 chất HĐBM. ết quả khảo sát sự biến thiên pH và SCBM của hệ 3 chất HĐBM cho thấyở tỷ lệ DCF : APG : LHSB = 1 : 3 : 2 thì sự tăng SCBM và giảm pH là không đáng kể vàbọt thu đượcổn địnhhơn. Vì vậy,luận án lựachọn tỷ lệ này để làm cơ sở cho nghiên cứu tiếp theo.
- Hệ gồm DCF : APG : NPE
Xác định pH và σ tại thời điểm ban đầu của hệ dung dịch gồm 3 chất HĐBM
DCF; APG và NPE được kết quả trình bày tại bảng 3.7. Tiến hành khảo sát sự biến đổi pH và σ của hệ theo thời gian ủ ở nhiệt độ 150°C, kết quả được trình bày tại bảng 3.8:
55
Bảng 3.7.Giá trị pH và σ của hệ DCF : APG : NPE tại thời điểm ban đầu
Thông số Tỷ lệ DCF : APG : NPE
1 : 3 : 1 1 : 3 : 2 1 : 3 : 3 1 : 3 : 4
pH 7,25 7,36 7,31 7,25
σ (mN/m) 18,16 18,04 18,15 18,27
Bảng 3.8.Biến thiên pH và σ của hệ DCF : APG : NPE theo thờigian ủ nhiệt
Thời gian (h) Tỷ lệ DCF : APG : NPE 1 : 3 : 1 1 : 3 : 2 1 : 3 : 3 1 : 3 : 4 ΔpH Δσ (mN/m) ΔpH Δσ (mN/m) ΔpH Δσ (mN/m) ΔpH Δσ (mN/m) 1 0,21 0,67 0,22 0,67 0,23 0,68 0,23 0,98 2 0,24 0,61 0,23 0,61 0,24 0,71 0,24 0,92 3 0,23 0,74 0,21 0,79 0,23 0,82 0,25 1,23 4 0,20 0,72 0,27 0,82 0,22 0,94 0,22 1,36 6 0,26 0,71 0,28 1,07 0,21 1,16 0,25 1,42 8 0,25 0,71 0,24 1,21 0,25 1,28 0,27 1,51
ết quả cho thấy, giá trị SCBM ở thời điểm ban đầu của hệ 3 chất HĐBM
(DCF, APG, NPE) thấp hơn so với giá trị SCBM của hệ 3 chất HĐBM (DCF, APG,
LHSB) nên việc sử dụng NPE là cần thiết. ết quả này được giải thích bởi NPE có kích thước phân tử nhỏ sẽ phân bố xenkẽ trong cấu trúc của các phân tử cồng kềnh của APG. Mặt khác, sự biến thiên pH và SCBM đối với tỉ lệ 1 : 3 : 1 là ít nhất so với các tỷ lệ còn lại trong cả quá trình ủ nhiệt, do vậy luận án sử dụng NPE với tỉ lệ ngang bằng DCF để tiếp tục nghiên cứu hệ 4 chất HĐBM.
Mặt khác, từ các kết quả thu được khi khảo sát hệ gồm 3 chất HĐBMcho thấy sự thay đổi pH và σ theo thời gian ủ cũng tương tự như như hệ hai cấu tử: pH giảm dần trong khi σ tăng dần (do sự thuỷ phân của các chất HĐBM khi ủ trong điều kiện nhiệt độ cao và hệ ủ là hệ kín). Tuy nhiên ở các hệ ba cấu tử sự thay đổi pH và σ chậm và đều hơn so với hệ hai cấu tử. Sự tác động qua lại giữa các chất HĐBM đã làm cho hệ ổn định hơn. Sự ghép không đối xứng các nhóm kỵ nước cho phép tập hợp nhiều phân tử chất HĐBM trên bề mặt liên diện hơn là giữa các nhóm kỵ nước của cùng một chất HĐBM. Các chất HĐBM có thể hình thành mixen dạng tấm cho
56
phép tăng tối đa độ hòa tan của pha nước và pha hydrocarbon từ đó làm giảm σ đến giá trị cực thấp [106]. Dung dịch của các hệ chứaba chất HĐBM sau 8h ủ đều trong chứng tỏ hệ ba cấu tử có tính tương hợp với nước tốt, tuy nhiên σ vẫn chưa đạt giá trị đủ thấp nên luận án tiếp tục nghiên cứu hệ 4 cấu tử để khảo sát tối ưu.
3.1.2.3. Hệ gồm 4 chất HĐBM
- Hệ gồm DCF : APG : LHSB : NPE
ết quả khảo sát hệ dung dịch gồm 4 chất HĐBM DCF : APG : LHSB : NPE theo tỉ lệ 1 : 3 : 2 : 1 cho thấy SCBM ban đầu của hệ là 18,11 mN/m và pH là 7,45.
Tiến hành khảo sát sự biến đổi pH và σ của hệ theo thời gian ủ ở nhiệt độ 150°C,
kết quả được trình bày tạibảng 3.9.
Bảng 3.9. Biến thiên pH và σ của hệ DCF : APG : LHSB : NPE
với tỉ lệ 1 : 3 : 2 : 1 theo thời gian ủ nhiệt
Thông số Thời gian ủ nhiệt ở 150°C (giờ)
1 2 3 4 6 8
ΔpH 0,63 0,71 0,68 0,71 0,83 0,91
Δσ (mN/m) 0,22 0,23 0,22 0,21 0,24 0,28
ết quả cho thấy hệ hỗn hợp 4 chất HĐBM với tỷ lệ DCF : APG : LHSB :
NPE = 1 : 3 : 2 : 1 có khả năng tương hợp tốt, σ thấp và sự thay đổi σ không lớn sau 8h ủ nhiệt, do vậy luận án lựa chọn hệ các chất này cho các nghiên cứu tiếp theo.
3.1.2.4. Khảo sát khảnăng tạo bọt
Các chất HĐBM ngoài việc tương hợp tốt và bền nhiệt còn phải đáp ứng được các tiêu chuẩn về độ nở và thời gian bán hủy. Do vậy, tiến hành khảo sát độ nở và thời gian bán hủy của hệ 2, 3 và 4 chất HĐBM nồng độ 1% với tỷ lệ như đã nghiên cứu ở trên. ết quả khảo sát trình bày tại bảng 3.10:
Bảng 3.10. hảo sát độ nở, thời gian bán hủy của hệ chất HĐBM
STT Hệ chất HĐBM Độ nở (lần) Thời gian bán hủy (phút:giây)
1 DCF : APG 6,6 3:46
2 DCF : APG : LHSB 6,2 3:59
3 DCF : APG : NPE 4,2 4:51
57
Kết quả cho thấy hệ DCF : APG và DCF : APG : LHSB có độ nở cao (6,6 và 6,2 lần) tuy nhiên thời gian bán hủy thấp không đạt tiêu chuẩn. Với hệ 3 chất HĐBM DCF : APG : NPE có thời gian bán hủy cao nhưng độ nở lại thấp. Chỉ có hệ 4 chất HĐBM với tỷ lệ DCF : APG : LHSB : NPE = 1 : 3 : 2 : 1 có độ nở và thời gian bán hủy đạt tiêu chuẩn nên luận ánlựa chọn cho các nghiên cứu tiếp theo.