1.4. Tổng quan về chất HĐBM
1.4.2. Sự hình thành mixen và tính chất của chất HĐBM
Ở nồng độ thấp, chất HĐBM bị hấp phụ lên trên bề mặt phân cách pha làm thay đổi đáng kể cấu trúc bề mặt hoặc năng lƣợng tự do của bề mặt phân cách. Khi nồng độ chất HĐBM ở trên nồng độ tới hạn ( hay còn gọi là nồng độ tới hạn mixen, ký hiệu là CMC), chúng sẽ tập hợp lại từng đám và đƣợc gọi là mixen.
19
Hình 1.9. Sự hình thành mixen của các chất HĐBM
Trong các mixen, đuôi kị nước sẽ tập trung vào phía trong để giảm tới mức thấp nhất sự tiếp xúc với nước và đầu ưa nước hướng ra ngoài bề mặt để làm tăng cực đại sự tiếp xúc với nước. Cấu trúc của mixen có thể chia thành 3 vùng: vùng tâm của mixen; vùng Stern (hay còn gọi là vùng palissade) và vùng khuếch tán Gouy chapman, đƣợc thể hiện trên hình 1.10.
Hình 1.10. Cấu trúc của mixen hình cầu
Vùng Stern được hình thành bởi lớp điện kép tạo bởi các đầu ưa nước của các chất HĐBM với các ion nghịch. Vùng Gouy-chapman đƣợc hình thành bởi đám mây ion nghịch liên kết yếu với các ion ở bề mặt của mixen và mở rộng về phía pha nước. Chiều dày tầng Gouy-Chapman phụ thuộc vào lực ion của dung dịch và nó có thể bị nén ở mức độ cao khi có mặt của chất điện ly. Đối với chất HĐBM không ion có đầu ưa nước là nhóm polyetylen oxit (PEO), có cấu trúc mixen về cơ bản là
20
tương tự như chất HĐBM ion, chỉ khác là các ion nghịch không có mặt ở vùng Stern, thay vào đó là đƣợc bao quanh bởi chuỗi polyetylen oxit bị hydrat hóa.
Ở phía trong của mixen (tâm) tạo bởi các đuôi kị nước của chất HĐBM, bán kính của mixen xấp xỉ chiều dài của đuôi kị nước. Do các phân tử nước có thể khuếch tán vào một số nhóm metylen đầu tiên ở gần đầu ưa nước, nên phần tâm của mixen cũng có thể được chia thành hai vùng: vùng liên kết với nước và vùng hoàn toàn không có nước.
Quá trình mixen hóa trong nước là quá trình cân bằng động nhờ lực giữa các phân tử gồm: lực kị nước, lực sắp xếp không gian, lực tĩnh điện, lực liên kết hydro và lực Vandecvan. Lực hút chính là do hiệu ứng kị nước của các đuôi không phân cực và lực đẩy chính là do tương tác không gian và tương tác tích điện giữa các đầu phân cực của chất HĐBM. Các mixen là dạng không bền bởi tập hợp không đồng hóa trị do đó chúng có nhiều dạng khác nhau nhƣ: hình cầu, hình trụ, hoặc dạng màng (đĩa). Hình dạng và kích cỡ của mixen có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi các điều kiện dung dịch nhƣ nhiệt độ, nồng độ tổng của các chất HĐBM, hỗn hợp chất HĐBM, lực ion và pH của dung dịch.
1.4.2.2. Tính chất của dung dịch chất HĐBM a. Nồng độ mixen tới hạn
Khi tăng nồng độ của dung dịch chất HĐBM tới giá trị nhất định, chúng liên kết với nhau tạo nên các mixen. Nồng độ tới hạn của dung dịch chất HĐBM là nồng độ cực đại của nó tại áp suất P và nhiệt độ T không đổi mà hệ vẫn tồn tại đồng thể.
b. Hoạt tính bề mặt
Hoạt tính bề mặt là tỷ số giữa nồng độ của chất HĐBM ở bề mặt chất lỏng và nồng độ của nó trong dung dịch, đƣợc biểu diễn nhƣ sau:
CVS mat C
Hoattinhbe
Trong đó:
21
[CS] - nồng độ chất HĐBM ở bề mặt chất lỏng;
[Cv] - nồng độ chất HĐBM ở trong dung dịch;
CMC là giá trị nồng độ của chất HĐBM trong dung dịch mà tại đó trong dung dịch bắt đầu xuất hiện sự tụ tập của chất HĐBM lại thành dạng mixen. Đối với một hệ nhất định, khi nồng độ chất HĐBM tăng thì sức căng bề mặt (SCBM) sẽ giảm đến một giá trị không đổi mặc dù nồng độ dung dịch chất HĐBM vẫn tăng.
Đối với phần lớn các chất HĐBM, sức căng bề mặt của chúng gần nhƣ nhau nhƣng CMC thay đổi khác nhau theo cấu tạo của chúng. Ngoài ra, các tính chất khác nhƣ: sự thấm ƣớt, sự tạo bọt và sự nhũ hóa cũng có liên quan đến hoạt tính bề mặt.
1.4.2.3. Sự hòa tan của các chất ô nhiễm dacam/dioxin trong mixen
Các chất ô nhiễm không phân cực hoặc khó phân cực sẽ bị hòa tan trong tâm của mixen, nằm giữa các nhóm cuối cùng của đuôi kị nước. Các hydrocacbon phân cực bị hòa tan bởi sự hấp phụ ở bề mặt phân cách giữa nước và mixen, thay thế các phân tử nước ở vùng tâm bên ngoài của mixen, gần phân cực. Tuy nhiên, vị trí hòa tan của các chất phân cực cũng có thể ở vùng palisade hoặc tâm của mixen phụ thuộc vào cấu trúc của chất tan.
Hình 1.11. Vị trí hòa tan của chất ô nhiễm trong mixen