Khả năng hấp thụ benzen và toluen của chất hoạt động bề mặt trong khoá luận tốt nghiệp

Khóa luận tốt nghiệp nghiên cứu khả năng hấp thụ dung môi hữu cơ benzen và toluen của một số chất hoạt động bề mặt, ứng dụng trong xử lý ô nhiễm môi trường.

• Tác giả: Vũ Ngọc Sơn
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Kim Dung
• Trường học: Trường Đại học Dân lập Hải Phòng
• Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu khả năng hấp thụ dung môi hữu cơ (Benzen và Toluen) của một số chất hoạt động bề mặt
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hải Phòng

Tóm tắt

I. Giới thiệu và mục tiêu nghiên cứu

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Vũ Ngọc Sơn tập trung vào nghiên cứu khả năng hấp thụ benzen và toluen của các chất hoạt động bề mặt. Mục tiêu chính là đánh giá hiệu quả của các chất này trong việc xử lý ô nhiễm không khí do các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi gây ra. Nghiên cứu này nhằm góp phần vào việc tìm ra các phương pháp hiệu quả để giảm thiểu tác động của các chất độc hại này đến môi trường và sức khỏe con người.

1.1. Bối cảnh và ý nghĩa

Với sự phát triển nhanh chóng của các khu công nghiệp, ô nhiễm không khí do benzen và toluen ngày càng trở nên nghiêm trọng. Các chất này là những hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) có độc tính cao, gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người và môi trường. Việc nghiên cứu khả năng hấp thụ của các chất hoạt động bề mặt là một hướng tiếp cận mới, có tiềm năng ứng dụng cao trong xử lý ô nhiễm không khí.

1.2. Mục tiêu cụ thể

Nghiên cứu này nhằm đánh giá khả năng hấp thụ benzen và toluen của bốn loại chất hoạt động bề mặt: Laurylsunfat, CMC, Isoamyl alcohol và nước giặt. Các thí nghiệm được thực hiện trong phòng thí nghiệm với các điều kiện kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo tính chính xác của kết quả.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp hấp thụ để đánh giá hiệu quả của các chất hoạt động bề mặt trong việc hấp thụ benzen và toluen. Các thí nghiệm được thiết kế để đo lường khả năng hấp thụ của từng chất ở các nồng độ và thời gian khác nhau. Dữ liệu thu thập được phân tích để so sánh hiệu suất giữa các chất.

2.1. Thiết kế thí nghiệm

Mô hình thí nghiệm được xây dựng để mô phỏng điều kiện thực tế của ô nhiễm không khí. Các chất benzen và toluen được đưa vào hệ thống, và khả năng hấp thụ của các chất hoạt động bề mặt được đo lường qua các khoảng thời gian khác nhau.

2.2. Thu thập và phân tích dữ liệu

Dữ liệu được thu thập từ các thí nghiệm được phân tích bằng các phương pháp thống kê để đánh giá hiệu suất hấp thụ. Kết quả được trình bày dưới dạng biểu đồ và bảng số liệu, giúp so sánh khả năng hấp thụ của các chất một cách trực quan.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy các chất hoạt động bề mặt có khả năng hấp thụ benzen và toluen ở mức độ khác nhau. Laurylsunfat và CMC thể hiện hiệu suất hấp thụ cao hơn so với Isoamyl alcohol và nước giặt. Thời gian và nồng độ của các chất cũng ảnh hưởng đáng kể đến khả năng hấp thụ.

3.1. Hiệu suất hấp thụ của Laurylsunfat

Laurylsunfat cho thấy khả năng hấp thụ benzen và toluen cao nhất ở nồng độ 3%. Kết quả này phù hợp với cấu trúc phân tử của chất này, giúp tăng cường tương tác với các phân tử hợp chất hữu cơ dễ bay hơi.

3.2. So sánh hiệu suất giữa các chất

CMC cũng thể hiện hiệu suất hấp thụ đáng kể, đặc biệt ở thời gian dài. Isoamyl alcohol và nước giặt có hiệu suất thấp hơn, nhưng vẫn có tiềm năng ứng dụng trong các điều kiện cụ thể. Kết quả này mở ra hướng nghiên cứu mới về việc tối ưu hóa các chất hoạt động bề mặt để xử lý ô nhiễm không khí.

IV. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu đã chứng minh rằng các chất hoạt động bề mặt có tiềm năng lớn trong việc hấp thụ benzen và toluen. Laurylsunfat và CMC là hai chất có hiệu suất cao nhất, có thể được ứng dụng trong các hệ thống xử lý ô nhiễm không khí. Tuy nhiên, cần thêm các nghiên cứu sâu hơn để tối ưu hóa hiệu suất và giảm chi phí ứng dụng.

4.1. Ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong các nhà máy và khu công nghiệp để giảm thiểu lượng hợp chất hữu cơ dễ bay hơi thải ra môi trường. Các chất hoạt động bề mặt như Laurylsunfat và CMC có thể được tích hợp vào các hệ thống lọc không khí hiện có.

4.2. Hướng nghiên cứu tương lai

Cần nghiên cứu thêm về việc kết hợp các chất hoạt động bề mặt với các phương pháp xử lý khác để tăng hiệu quả tổng thể. Ngoài ra, việc đánh giá tác động lâu dài của các chất này đến môi trường cũng là một hướng nghiên cứu quan trọng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm Nhũ tương: là một hệ phân tán cao của hai chất lỏng mà thông thường không hòa tan được với nhau. Tùy theo môi trường chất phân tán mà người ta gọi là nhũ tương nước trong dầu hay dầu trong nước.2 Phân loại nhũ tương Nhũ tương được phân loại theo tính chất của pha phân tán và môi trường phân tán hoặc theo nồng độ pha phân tán trong hệ. -Theo cách phân loại đầu: Người ta chia nhũ tương chất lỏng không phân cực trong chất lỏng phân cực (dầu là pha phân tán, nước là môi trường phân tán, như lipoprotein) là các loại nhũ tương thuận hoặc nhũ tương loại 1.

Nhũ tương chất lỏng phân cực trong chất lỏng không phân cực ( nước là pha phân tán, dầu là môi trường phân tán) là nhũ tương nghịch hoặc nhũ tương loại 2. + Nhũ tương loại một thường được ký hiệu D/N: pha phân tán là dầu còn pha liên tục là nước. + Nhũ tương loại hai thường được ký hiệu N/D: pha phân tán là nước còn pha liên tục là dầu. + Theo phân chia thứ hai: Nhũ tương được chia thành dạng nhũ tương loãng, đậm đặc, rất đậm đặc.

Nhũ tương loãng: là nhũ tương chứa độ 0,1% pha phân tán. Ví dụ điển hình cho loại nhũ tương này là nhũ tương dầu máy trong nước tạo nên khi máy hơi nước làm việc. Các hạt nhũ tương loãng có kích thước rất khác với kích thước của các nhũ tương đặc biệt và rất đậm đặc. Các nhũ tương loãng là hệ phân tán cao có đường kính hạt dao động xung quanh 10-5 cm, nghĩa là gần với kích thước hạt Sinh viên: Vũ Ngọc Sơn – MT1901 2 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP chất nhũ hóa đặc biệt.

Thí nghiệm cho biết, hạt của các nhũ tương này có độ linh động điện li và mạng điện tích. Điện tích xuất hiện trên các pha phân tán của các hạt nhũ này là do sự hấp phụ các ion của các lớp điện ly vô cơ có mặt trong môi trường, đôi khi với một lượng cực kì nhỏ. Khi không có những chất điện ly lạ thì bề mặt các hạt của nhũ tương này là do sự hấp phụ của các ion hydroxyl hoặc hydro có mặt trong nước do sự hấp phụ ion hóa các phân tử nước. Nhũ tương đậm đặc: Là những hệ phân tán lỏng – lỏng chứa một lượng tương đối lớn pha phân tán, đạt tới 74% thể tích.

Nồng độ này được xem là cực đại cho nhũ tương đậm đặc, vì trong trường hợp là nhũ tương đơn phân tán thì nó ứng với thể tích cao nhất của các giọt hình cầu không bị biến dạng cho dù kích thước của hạt nhỏ như thế nào. Đối với nhũ tương pha phân tán giới hạn này có tính chất quy ước vì trong nhũ tương đó, các giọt nhỏ có thể vận chuyển giữa các giọt lớn. Vì vậy nhũ tương đậm đặc thường được chế tạo bằng phương pháp phân tán nên kích thước của hạt tương đối lớn, vào khoảng 0,1 - 1µm và lớn hơn. Như vậy các hạt trong các hệ đó có thể thấy được dưới kính hiển vi thường, chúng được xếp vào loại các hệ vi dị thể.

Các giọt nhũ tương đậm đặc cũng có chuyển động Brow và chuyển động đó càng mạnh khi kích thước giọt càng nhỏ. Các nhũ tương đậm đặc dễ sa lắng và sự sa lắng càng dễ dàng nếu sự khác biệt về khối lượng riêng giữa pha phân tán và môi trường phân tán càng cao. Nếu pha phân tán có khối lượng riêng bé hơn môi trường phân tán thì sẽ có sự sa lắng ngược, nghĩa là các giọt nổi lên trên hệ. Độ bền vững của nhũ tương đậm đặc có thể được quy định bởi các nguyên nhân khác nhau, phụ thuộc vào bản chất của nhũ hóa.

Vì thế cần phải biết bản chất của nhũ hóa dùng để chế tạo nhũ tương thuộc loại nào thì mới khảo sát nguyên nhân của tính bền vững tập hợp của nhũ tương đậm đặc. Nhũ tương rất đậm đặc: thường là các hệ lỏng – lỏng trong đó độ chứa của pha phân tán vượt quá 74% thể tích. Đặc điểm của nhũ tương này là sự biến Sinh viên: Vũ Ngọc Sơn – MT1901 3 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP dạng tương hỗ của các giọt của pha phân tán do đó các giọt có hình đa diện và được ngăn cách với nhau bởi màng mỏng môi trường phân tán. Do sự sắp xếp chặt chẽ của các giọt nhũ tương đậm đặc nên chúng không có khả năng sa lắng và có tính chất giống như của gel.

Các nhũ tương rất đậm đặc trong những điều kiện xác định có thể được chế tạo với độ chứa rất lớn về thể tích của pha phân tán và với một độ chứa rất nhỏ của môi trường phân tán. Dung dịch chất nhũ hóa nằm giữa các hạt của pha phân tán dưới dạng những màng mỏng. Độ dày của màng các nhũ tương này có thể đạt tới 100A0 hoặc bé hơn, tùy thuộc vào bản chất của chất nhũ hóa. Để chế tạo ra nhũ tương có nồng độ cao hơn nữa thì độ bền vững của hệ sẽ bị phá vỡ.

Tính chất cơ học của các nhũ tương rất đậm đặc càng cao khi nồng độ của nhũ tương cànglớn.3 Các tác nhân tạo nhũ Các tác nhân tạo nhũ góp một phần quan trọng trong quá trình làm ổn định nhũ tương. Chỉ trong thời gian gần đây, một số tác nhân tạo nhũ mới được đưa vào sử dụng rộng rãi.  Phân loại các tác nhân tạo nhũ Nếu phân loại một cách đơn giản thì có thể chia các tác nhân tạo nhũ thành 3 dạng như sau: - Các chất hoạt động bề mặt - Các chất có sẵn trong tự nhiên - Các chất rắn phân tán mịn 1. Tổng quan chất hoạt động bề mặt [2] Các chất hoạt động bề mặt (hoạt động bề mặt) là những hợp chất hóa học có khả năng làm thay đổi tương tác pha (phase) và năng lượng ở mặt ranh giới tiếp giáp “lỏng-không khí", “lỏng-rắn” và “dầu-nước” …v.

Phần lớn các chất hữu cơ trong điều kiện nào đó đều có thể biểu hiện ra là chất hoạt động bề mặt. Tác dụng này xuất hiện do cấu tạo phân tử, ví dụ tính phân cực và do các điều Sinh viên: Vũ Ngọc Sơn – MT1901 4 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP kiện bên ngoài gây ra như nhiệt độ, dung môi, nồng độ… Thực tế tuỳ thụộc vào điều kiện bên ngoài mà hợp chất có thể là chất hoạt động bề mặt ở các mức độ khác nhau. - Chất hoạt động bề mặt. Khái niệm: Chất hoạt động bề mặt được dùng giảm sức căng bề mặt của một chất lỏng bằng cách làm giảm sức căng bề mặt tại bề mặt tiếp xúc của hai chất lỏng.

Đặc tính chung: - Tất cả các chất hoạt động bề mặt thông thường có một điểm chung về cấu trúc: phân tử có hai phần, một phần kỵ nước và một phần ưa nước. - Phần kỵ nước thường gồm các mạch hay vòng hydrocarbon hay hỗn hợp cả hai, phần ưa nước thường là các nhóm phân cực như các nhóm carboxylic, sulface, sulfonate, hay các chất hoạt động bề mặt không ion, nó là một số nhóm hydroxyl hay ether. Tính chất kép này của các phân tử cho phép nó hấp thụ ở mặt phân cách và điều này giải thích cho tính chất của chúng. Ứng dụng: Các chất hoạt động bề mặt có ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành sản xuất công, nông nghiệp, xây dựng.

* Công nghiệp hóa chất: Trong công nghiệp hoá chất, các chất hoạt động bề mặt được dùng làm: - Chất tạo màng: giảm độ dính của cao su, hỗ trợ quá trình nhuộm màu, kị nước hóa của giấy (không thấm nước). - Chất phân tán: tăng chất lượng của quá trình hòa trộn của cao su, phân tán chất màu, nghiền xi măng… - Chất thấm ướt: quá trình sản xuất nhựa - Chất bền nhũ: polime hóa thể nhũ, chế tạo cao su mủ, tạo hạt sản phẩm Sinh viên: Vũ Ngọc Sơn – MT1901 5 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP - Chất tạo bọt: chế tạo chất dẻo xốp, sự tạo bọt trong các quá trình sản xuất khác nhau như công nghiệp sản xuất chất giặt rửa, sản xuất và pha chế các thuốc bảo vệ thực vật. - Chất tuyển nổi: tuyển nổi các muối và quặng * Khai thác và chế biến dầu mỏ - Chất ức chế ăn mòn: phá nhũ dầu thô - Chất giặt rửa: chất tạo bọt và nhũ hóa - Dịch khoan, thêm chất nhũ hóa vào dung dịch khoan tạo ra nhũ tương - Làm sạch và bảo vệ các phương tiện chứa đựng và vận chuyển dầu mỡ - Bền vững hóa các chất chống oxi hóa - Phá nhũ dầu thô- làm sạch dầu thô. * Công nghiệp nhẹ như dệt, da, thực phẩm, nhuộm - Chất chống thấm ướt: Xử lý bề mặt sợi và sản phẩm khác - Chất thấm ướt: công nghiệp da, sợi và chất màu - Chất nhũ hóa: bôi mỡ dầu các da, da có lông, sợi - Chất giặt rửa * Công nghiệp luyện thép và chế tạo máy - Màng mỏng: chất phủ bề mặt điện hóa, chất giúp cháy khi hàn thép - Chất thấm ướt - Chất ức chế ăn mòn - Chất nhũ hóa - Chất tuyển nổi và chất tẩy rửa * Công nghiệp và kĩ thuật xây dựng - Chất tạo màng và chất kị nước: chất phụ gia xi măng - Chất phân tán: trộn tốt hơn các thành phần Điều hòa sự phát triển của các tinh thể trong quá trình sản xuất xi măng - Chất tạo bọt: chế tạo bê tông bọt, thạch cao mịn, bọt chữa cháy - Chất nhũ hóa: nhũ bitum, nhũ chữa cháy - Chất phụ gia cho quá trình nghiền xi măng và đông cứng xi măng * Nông nghiệp Sinh viên: Vũ Ngọc Sơn – MT1901 6 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP - Chất phun mù: chế tạo thuốc bảo vệ thực vật (trừ sâu, trừ cỏ .