Hóa chất xử lý nước thải PAC

Hàm lượng tween polysorbate 80 độ bền các nhũ tương Hàm lượng tween polysorbate 80 trong từ hỗn hợp chất nhũ hóa ảnh hưởng đến độ bền các nhũ tương và chất tạo nhũ được thực hiện từ nhiều năm qua và người ta đã chế tạo ra nhiều sản phẩm phù trợ được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp. Sự nghiên cứu về các chất nhũ hóa có sử dụng tween polysorbate 80 và độ bền của chúng đã chỉ ra rằng các nhũ tương bền nhất được chế tạo tốt nhất cuối cùng cũng bị phân tách thành hai, ba pha có nồng độ các chất hoạt động bề mặt (hàm lượng tween polysorbate 80) thay đổi trong phạm vi lớn nhưng khi thêm vào dù chỉ một lượng nhỏ của chất hoạt động bề mặt cũng ảnh hưởng đến độ bền của nhũ tương do đó ở đây sẽ nghiên cứu sâu về sự tương tác giữa các pha. Winsor về sự tương tác trong hệ nhũ tương Sự tương tác của hệ. Winsor1 đã nghiên cứu nhiều hệ nhũ tương và chỉ ra sự chuyển hóa từ hệ này sang hệ khác được thực hiện như thế nào khi chú ý đến sự tương tác của các chất hoạt động bề mặt (chất nhũ hóa tween polysorbate 80 ), pha hữu cơ (chất tạo nhũ) và môi trường nước của sự phân tán. Trong thí nghiệm này bản chất của các hợp chất hòa tan trong pha này hay pha khác như muối vô cơ, dung môi, các chất khác thêm vào có thể phản ứng được giữa các mạch cacbon, giữa các đầu hiđrophin của hợp chất lưỡng tĩnh điện (amphiphil) là chất hoạt động bề mặt (tensio-actif) và chất hỗ trợ HĐBB (cotensio-actif) (hình 4.1.). E₀₀ -: Năng lượng tương tác giữa các phân tử pha dầu. E_ww -: Năng lượng tương tác giữa các phân tử pha nước. EL_CO-: Năng lượng tương tác giữa các mạch lipophin của chất hoạt động bề mặt và của phân tử dầu. EH_CO-: Năng lượng tương tác giữa phần ưa nước của chất hoạt động bề mặt và của phân tử dầu. E_LL -: Năng lượng tương tác giữa hai phần kị nước của chất hoạt động bề mặt. EL_CW -: Năng lượng tương tác giữa phần kị nước của chất hoạt động bề mặt và phân tử nước. E_HH -: Năng lượng tương tác giữa hai phần ưa nước của chất hoạt động bề mặt. EH_CW -: Năng lượng tương tác giữa phần ưa nước của chất hoạt động bề mặt và phân tử nước. C : phần tiếp giáp hai pha-(giao diện ) W : pha nước O : pha hữu cơ E : năng lượng tương tác Năng lượng tương tác trong hệ có thể phân thành hai loại: Năng lượng hiđrophin (ưa nước) Đó là tương tác tĩnh điện do các điện tích ion và các lưỡng cực thuận từ, các liên kết hiđro. Năng lượng lipophin (kị nước) Đó là tương tác điện động học do sự chuyển động của các electron trong phân tử, đó chính là tương tác giữa các phân tử. Tỷ số năng lượng hiđrophin và lipophin. Để hiện đại hóa quan niệm này, Winsor đã đưa ra tỷ số R của năng lượng tương tác lipophin và hiđrophin của các hợp phần khác nhau có mặt trong hệ nhũ tương: E_CO: Năng lượng tương tác giữa lớp tiếp giáp và pha dầu E_CW : Năng lượng tương tác giữa lớp tiếp giáp và pha nước Tỷ số hiđrophin/lipophin ở lớp tiếp giáp nước/dầu. Tỷ số R ,theo Winsor là năng lượng tương tác của một đơn vị bề mặt ở lớp tiếp giáp giữa pha dầu lưỡng tính (amphiphile) với nước. Trường hợp tính gần đúng có thể viết : R= E_CO \ E_CW Có sự khác nhau về sự tương tác giữa các phân tử có mặt trong pha nước và trong pha dầu thể hiện ở giá trị E_CO và E_CW : Giá trị E_CO thể hiện năng lượng tương tác giữa phần kị nước và phần ưa nước của chất hoạt động bề mặt với các phân tử dầu : E_CO = EL_CO + EH_CO EL_CO-: Năng lượng tương tác giữa phần kị nước của chất hoạt động bề mặt và phân tử dầu. EH_CO-: Năng lượng tương tác giữa phần ưa nước của chất hoạt động bề mặt và phân tử dầu. Giá trị E_CW thể hiện năng lượng tương tác của phần kị nước và phần ưa nước của phân tử chất hoạt động bề mặt với các phân tử nước : E_CW = EL_CW + EH_CW EL_CW -: Năng lượng tương tác giữa phần kị nước của chất hoạt động bề mặt và phân tử nước. Cấu tạo hệ WINSOR Khi trộn lẫn ba cấu tử dầu,nước và chất hoạt động bề mặt vào nhau tùy theo bản chất và tỷ lệ các cấu tử trong hỗn hợp mà có thể thu được các hệ khác nhau dưới đây ( hình 4.2): 1- Hệ WINSOR I gôm 2 pha : pha dầu (O)ở trên và pha vi nhũ tương (M) ở dưới. 2- Hệ WINSOR II gồm 2 pha : pha vi nhũ tương (M) ở trên và pha nước (W) ở dưới. 3- Hệ WINSOR III gồm 3 pha : pha dầu ở trên,pha vi nhũ tương ở giữa và pha nước ở dưới . 4- Hệ WINSOR IV gồm một pha đồng nhất : pha vi nhũ tương. Hình 4.2 Cấu tạo hệ WINSOR O - Pha dầu , W - Pha nước , M - Pha vi nhũ tương Cấu tạo các pha trong hệ Winsor. Theo Winsor cấu tạo của các pha có mặt trong hệ phát triển theo tỷ số R của năng lượng tương tác. Nếu R<1 màng lưỡng tính (amphiphile) trở nên lồi với nước, thuận lợi hình thành mixen S₁ dầu trong nước ( hình 4.3). Hình 4.3. Màng lưỡng tính dầu trong nước. Nếu tỷ số R>1, màng lưỡng tính (amphiphile) trở nên lõm so với nước, mặt lồi đối với pha hữu cơ thuận lợi để hình thành mixen 2 nước trong dầu (hình 4.4) Hình 4.4. Màng lưỡng tính nước trong dầu. Hai mô hình cấu tạo này gặp trong pha vi nhũ tương (winsor IV) trong loại winsor I và winsor II. Theo quan niệm winsor, R không có một giá trị cố định mà có sự dao động từ một điểm này sang điểm khác, từ một khoảng thời gian này sang khoảng thời gian khác. Ngoài ra nó còn có cấu tạo phao giữa dạng nước trong dầu và dầu trong nước, có thể dễ dàng nhận ra các điểm hạt nước hay dầu trong đó như hình dưới (hình 4.5). Hình 4.5. Cấu tạo phao. Nếu R = 1, năng lượng tương tác giữa các pha hiđrophin và lipophin (interphase) bằng nhau. Trường hợp này cho winsor III hay cả ba đều có mặt. Vi nhũ tương cân bằng với pha hữu cơ và pha nước. Trường hợp này xuất hiện hai dạng cấu tạo: + Cấu tạo lớp. Cấu tạo này được tạo ra bởi sự sắp xếp đều đặn nhiều hay ít của các phân tử chất hoạt động bề mặt trong các pha hữu cơ hay pha nước tạo ra các lớp mỏng nước, dầu xen kẽ nhau (hình 4.6) Hình 4.6. Cấu tạo hình lá. + Cấu tạo phao. Trong cấu tạo này cả mixen S₁ và S₂tồn tại, ở đây màng chất hoạt động bề mặt hoặc bao vây dầu hoặc bao vây nước (hình 4.7). Sự biến đổi từ hệ này sang hệ kia có thể thực hiện bằng cách can thiệp vào sự tương tác một phía, E_LL- tương tác giữa các mạch lipophin của chất hoạt động bề mặt. E_HH- tương tác giữa các đầu hiđrophin của chất hoạt động bề mặt. Các yếu tố này làm giảm năng lượng của hệ dẫn đến một hệ mới. Hình 4.7. Giản đồ hỗn độn của hệ nước/kali laurat (mẫu V.Luzatti). Trong thực tế, bằng cách tăng nhiệt độ hoặc thêm vào một hợp chất lưỡng tính (amphiphile) như các chất hoạt động bề mặt tween polysorbate 80 (ancol, amin, axit…), các chất này có khả năng nằm ở giữa các pha của chất hoạt động bề mặt ở lớp tiếp giáp nhưng cân bằng ở pha hữu cơ hay pha nước và có khả năng thay đổi nhanh chóng giữa các pha mạnh hơn tác dụng của nhiệt độ. Như vậy có thể biến đổi cấu tạo của hệ nhũ tương (dầu tan, sữa…) bằng cách thêm vào một lượng nhỏ chất hoạt động bề mặt (tween polysorbate 80) để thay đổi độ bền của hệ. Thay đổi tỷ số R. Nhiều yếu tố khác nhau có thể thay đổi tỷ số R và phát triển hệ thống nhũ cho các hệ khác nhau, với năng lượng tương tác khác nhau để gây ra sự chuyển hóa hệ nhũ làm thay đổi trị số R hoạt động dẫn đến sự thay đổi cấu tạo mixen được giải thích về cơ chế theo hình 4.8. Ví dụ như thêm ancol vào một chất hoạt động bề mặt (tween polysorbate 80) Hình 4.8. Sự thay đổi lượng chất hoạt động bề mặt dẫn đến sự thay đổi cấu tạo mixen Trên cơ sở về sự thay đổi năng lượng tương tác, người ta có thể dự đoán được hiệu quả của mô hình, điều kiện vận hành và lựa chọn tween polysorbate 80 điều chế hệ nhũ.

Hàm lượng tween polysorbate 80 độ bền các nhũ tương

Hàm lượng tween polysorbate 80 trong từ hỗn hợp chất nhũ hóa ảnh hưởng đến độ bền các nhũ tương và chất tạo nhũ được thực hiện từ nhiều năm qua và người ta đã chế tạo ra nhiều sản phẩm phù trợ được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp. Sự nghiên cứu về các chất nhũ hóa có sử dụng tween polysorbate 80 và độ bền của chúng đã chỉ ra rằng các nhũ tương bền nhất được chế tạo tốt nhất cuối cùng cũng bị phân tách thành hai, ba pha có nồng độ các chất hoạt động bề mặt (hàm lượng tween polysorbate 80) thay đổi trong phạm vi lớn nhưng khi thêm vào dù chỉ một lượng nhỏ của chất hoạt động bề mặt cũng ảnh hưởng đến độ bền của nhũ tương do đó ở đây sẽ nghiên cứu sâu về sự tương tác giữa các pha.

Winsor về sự tương tác trong hệ nhũ tương

Sự tương tác của hệ.

Winsor1 đã nghiên cứu nhiều hệ nhũ tương và chỉ ra sự chuyển hóa từ hệ này sang hệ khác được thực hiện như thế nào khi chú ý đến sự tương tác của các chất hoạt động bề mặt (chất nhũ hóa tween polysorbate 80 ), pha hữu cơ (chất tạo nhũ) và môi trường nước của sự phân tán. Trong thí nghiệm này bản chất của các hợp chất hòa tan trong pha này hay pha khác như muối vô cơ, dung môi, các chất khác thêm vào có thể phản ứng được giữa các mạch cacbon, giữa các đầu hiđrophin của hợp chất lưỡng tĩnh điện (amphiphil) là chất hoạt động bề mặt (tensio-actif) và chất hỗ trợ HĐBB (cotensio-actif) (hình 4.1.).

E₀₀ -: Năng lượng tương tác giữa các phân tử pha dầu.

E_ww -: Năng lượng tương tác giữa các phân tử pha nước.

EL_CO-: Năng lượng tương tác giữa các mạch lipophin của chất hoạt động bề mặt và của phân tử dầu.

EH_CO-: Năng lượng tương tác giữa phần ưa nước của chất hoạt động bề mặt và của phân tử dầu.

E_LL -: Năng lượng tương tác giữa hai phần kị nước của chất hoạt động bề mặt.

EL_CW -: Năng lượng tương tác giữa phần kị nước của chất hoạt động bề mặt và phân tử nước.

E_HH -: Năng lượng tương tác giữa hai phần ưa nước của chất hoạt động bề mặt.

EH_CW -: Năng lượng tương tác giữa phần ưa nước của chất hoạt động bề mặt và phân tử nước.

C : phần tiếp giáp hai pha-(giao diện )

W : pha nước

O : pha hữu cơ

E : năng lượng tương tác

Năng lượng tương tác trong hệ có thể phân thành hai loại:

Năng lượng hiđrophin (ưa nước)

Đó là tương tác tĩnh điện do các điện tích ion và các lưỡng cực thuận từ, các liên kết hiđro.

Năng lượng lipophin (kị nước)

Đó là tương tác điện động học do sự chuyển động của các electron trong phân tử, đó chính là tương tác giữa các phân tử.

Tỷ số năng lượng hiđrophin và lipophin.

Để hiện đại hóa quan niệm này, Winsor đã đưa ra tỷ số R của năng lượng tương tác lipophin và hiđrophin của các hợp phần khác nhau có mặt trong hệ nhũ tương:

E_CO: Năng lượng tương tác giữa lớp tiếp giáp và pha dầu

E_CW : Năng lượng tương tác giữa lớp tiếp giáp và pha nước

Tỷ số hiđrophin/lipophin ở lớp tiếp giáp nước/dầu.

Tỷ số R ,theo Winsor là năng lượng tương tác của một đơn vị bề mặt ở lớp tiếp giáp giữa pha dầu lưỡng tính (amphiphile) với nước. Trường hợp tính gần đúng có thể viết :

R= E_CO \ E_CW

Có sự khác nhau về sự tương tác giữa các phân tử có mặt trong pha nước và trong pha dầu thể hiện ở giá trị E_CO và E_CW :

Giá trị E_CO thể hiện năng lượng tương tác giữa phần kị nước và phần ưa nước của chất hoạt động bề mặt với các phân tử dầu :

E_CO = EL_CO + EH_CO

EL_CO-: Năng lượng tương tác giữa phần kị nước của chất hoạt động bề mặt và phân tử dầu.

EH_CO-: Năng lượng tương tác giữa phần ưa nước của chất hoạt động bề mặt và phân tử dầu.

Giá trị E_CW thể hiện năng lượng tương tác của phần kị nước và phần ưa nước của phân tử chất hoạt động bề mặt với các phân tử nước :

E_CW = EL_CW + EH_CW

EL_CW -: Năng lượng tương tác giữa phần kị nước của chất hoạt động bề mặt và phân tử nước.

Cấu tạo hệ WINSOR

Khi trộn lẫn ba cấu tử dầu,nước và chất hoạt động bề mặt vào nhau tùy theo bản chất và tỷ lệ các cấu tử trong hỗn hợp mà có thể thu được các hệ khác nhau dưới đây ( hình 4.2):

1- Hệ WINSOR I gôm 2 pha : pha dầu (O)ở trên và pha vi nhũ tương (M) ở dưới.

2- Hệ WINSOR II gồm 2 pha : pha vi nhũ tương (M) ở trên và pha nước (W) ở dưới.

3- Hệ WINSOR III gồm 3 pha : pha dầu ở trên,pha vi nhũ tương ở giữa và pha nước ở dưới .

4- Hệ WINSOR IV gồm một pha đồng nhất : pha vi nhũ tương.

Hình 4.2 Cấu tạo hệ WINSOR

O - Pha dầu , W - Pha nước , M - Pha vi nhũ tương

Cấu tạo các pha trong hệ Winsor.

Theo Winsor cấu tạo của các pha có mặt trong hệ phát triển theo tỷ số R của năng lượng tương tác.

Nếu R<1 màng lưỡng tính (amphiphile) trở nên lồi với nước, thuận lợi hình thành mixen S₁ dầu trong nước ( hình 4.3).

Hình 4.3. Màng lưỡng tính dầu trong nước.

Nếu tỷ số R>1, màng lưỡng tính (amphiphile) trở nên lõm so với nước, mặt lồi đối với pha hữu cơ thuận lợi để hình thành mixen 2 nước trong dầu (hình 4.4)

Hình 4.4. Màng lưỡng tính nước trong dầu.

Hai mô hình cấu tạo này gặp trong pha vi nhũ tương (winsor IV) trong loại winsor I và winsor II.

Theo quan niệm winsor, R không có một giá trị cố định mà có sự dao động từ một điểm này sang điểm khác, từ một khoảng thời gian này sang khoảng thời gian khác.

Ngoài ra nó còn có cấu tạo phao giữa dạng nước trong dầu và dầu trong nước, có thể dễ dàng nhận ra các điểm hạt nước hay dầu trong đó như hình dưới (hình 4.5).

Hình 4.5. Cấu tạo phao.

Nếu R = 1, năng lượng tương tác giữa các pha hiđrophin và lipophin (interphase) bằng nhau. Trường hợp này cho winsor III hay cả ba đều có mặt. Vi nhũ tương cân bằng với pha hữu cơ và pha nước.

Trường hợp này xuất hiện hai dạng cấu tạo:

+ Cấu tạo lớp.

Cấu tạo này được tạo ra bởi sự sắp xếp đều đặn nhiều hay ít của các phân tử chất hoạt động bề mặt trong các pha hữu cơ hay pha nước tạo ra các lớp mỏng nước, dầu xen kẽ nhau (hình 4.6)

Hình 4.6. Cấu tạo hình lá.

+ Cấu tạo phao.

Trong cấu tạo này cả mixen S₁ và S₂tồn tại, ở đây màng chất hoạt động bề mặt hoặc bao vây dầu hoặc bao vây nước (hình 4.7).

Sự biến đổi từ hệ này sang hệ kia có thể thực hiện bằng cách can thiệp vào sự tương tác một phía, E_LL- tương tác giữa các mạch lipophin của chất hoạt động bề mặt. E_HH- tương tác giữa các đầu hiđrophin của chất hoạt động bề mặt. Các yếu tố này làm giảm năng lượng của hệ dẫn đến một hệ mới.

Hình 4.7. Giản đồ hỗn độn của hệ nước/kali laurat (mẫu V.Luzatti).

Trong thực tế, bằng cách tăng nhiệt độ hoặc thêm vào một hợp chất lưỡng tính (amphiphile) như các chất hoạt động bề mặt tween polysorbate 80 (ancol, amin, axit…), các chất này có khả năng nằm ở giữa các pha của chất hoạt động bề mặt ở lớp tiếp giáp nhưng cân bằng ở pha hữu cơ hay pha nước và có khả năng thay đổi nhanh chóng giữa các pha mạnh hơn tác dụng của nhiệt độ.

Như vậy có thể biến đổi cấu tạo của hệ nhũ tương (dầu tan, sữa…) bằng cách thêm vào một lượng nhỏ chất hoạt động bề mặt (tween polysorbate 80) để thay đổi độ bền của hệ.

Thay đổi tỷ số R.

Nhiều yếu tố khác nhau có thể thay đổi tỷ số R và phát triển hệ thống nhũ cho các hệ khác nhau, với năng lượng tương tác khác nhau để gây ra sự chuyển hóa hệ nhũ làm thay đổi trị số R hoạt động dẫn đến sự thay đổi cấu tạo mixen được giải thích về cơ chế theo hình 4.8. Ví dụ như thêm ancol vào một chất hoạt động bề mặt (tween polysorbate 80)

Hình 4.8. Sự thay đổi lượng chất hoạt động bề mặt dẫn đến sự thay đổi cấu tạo mixen

Trên cơ sở về sự thay đổi năng lượng tương tác, người ta có thể dự đoán được hiệu quả của mô hình, điều kiện vận hành và lựa chọn tween polysorbate 80 điều chế hệ nhũ.