Đồ án tổng hợp nghiên cứu khả năng xử lý chất hoạt động bề mặt của bùn hoạt tính trong bể aerotank
- 45 trang
- file .pdf
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -1-
Đề Tài:
Nghiên cứu khả năng xử lý chất hoạt động
bề mặt của bùn hoạt tính trong bể Aerotank
Giáo viên hƣớng dẫn: Phạm Phú Song Toàn
Sinh viên thực hiện: Vƣơng Ngọc Tuấn
Lớp: 08MT
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -2-
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU………………………………………………………………….7
Mục tiêu đề tài................................................................................................. 8
Nhiệm vụ ......................................................................................................... 8
Ý nghĩa thực tế và các vấn đề liên quan ........................................................... 8
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT
1.1 Giới thiệu chất hoạt động bề mặt……………………………………………9
1.1.1 Định nghĩa ............................................................................................... 9
1.1.2 Đặc điểm ................................................................................................. 9
1.2 Sơ lƣợc về lịch sử chất hoạt động bề mặt .................................................... 10
1.3 Phân loại chất hoạt động bề mặt.................................................................. 10
1.3.1 CHĐBM Anionic ..................................................................................... 10
1.3.2 CHĐBM Cationic .................................................................................... 11
1.3.3 CHĐBM Non-ionic ................................................................................. 12
1.3.4 CHĐBM Amphoteric ............................................................................... 12
1.3.5 Các yếu tố ảnh hƣởng đến tính chất của chất hoạt động bề mặt ................ 15
1.3.6 Ứng dụng ................................................................................................. 16
1.4 Tính chất cơ bản của chất hoạt động bề mặt ................................................ 16
1.4.1 Tính thầm ƣớt .......................................................................................... 16
1.4.2 Khả năng tạo bọt ...................................................................................... 17
1.4.3 Khả năng hòa tan ..................................................................................... 17
1.4.4 Khả năng hoạt động bề mặt ...................................................................... 17
1.4.5 Khả năng nhũ hóa .................................................................................... 18
1.4.6 Điểm Kraft – điểm đục ............................................................................ 18
1.4.7 HLB (tính ƣa nƣớc – tính ƣa dầu – cân bằng) .......................................... 18
1.5 Ảnh hƣởng của chất hoạt động bề mặt tới sức khoẻ và môi trƣờng ............. 18
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -3-
1.5.1 SLES ....................................................................................................... 19
1.5.2 LAS ......................................................................................................... 19
1.5.3 ALS ......................................................................................................... 20
1.5.4 Xà Phòng ................................................................................................. 20
1.6 Các phƣơng pháp xử lý chất hoạt động bề
mặt........................................................................................................................21
CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ BÙN HOẠT TÍNH
2.1 Bùn hoạt tính...................................................................................................22
2.2 Các sinh vật trong bùn hoạt tính.................................................................. 22
2.3 Cách hình thành bùn hoạt tính .................................................................... 22
2.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình xử lý nƣớc thải bằng bùn hoạt tính ..... 23
2.5 Hoạt động của vi sinh vật trong nƣớc thải ................................................... 23
2.6 Động học sinh trƣởng của vi sinh vật .......................................................... 24
2.7 Các thông số cần quan tâm trong quá trình xử lý nƣớc thải bằng bùn
hoạt tính ........................................................................................................... 25
CHƢƠNG 3: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1 Nội dung nghiên cứu ................................................................................. 26
3.2 Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................ 26
3.2.1 Phƣơng pháp thu thập tài liệu................................................................... 26
3.2.2 Phƣơng pháp thực nghiệm ....................................................................... 26
3.2.3 Mô hình thí nghiệm ................................................................................. 27
3.2.4 Tiến trình thí nghiệm ............................................................................... 27
3.2.4.1 Xây dựng đƣờng chuẩn ......................................................................... 27
3.2.4.2 Cách tiến hành .................................................................................... 28
3.2.5 Các thí nghiệm......................................................................................... 29
3.3 Phƣơng pháp phân tích ............................................................................... 29
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -4-
CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1 Xác định hàm lƣợng chất hoạt động bề mặt trong các sản phẩm Omo, Surf ,Nƣớc
rửa chén Mỹ Hảo .............................................................................................. 30
4.2 Thí nghiệm ................................................................................................. 31
4.2.1 Thí nghiệm với mẫu nƣớc thải sinh hoạt .................................................. 31
4.2.2 Thí nghiệm với mẫu nƣớc thải công nghiệp ............................................. 32
4.3 Kết quả sau xử lý bằng bùn hoạt tính .......................................................... 33
4.3.1 Nƣớc thải sinh hoạt .................................................................................. 33
4.3.2 Nƣớc thải công nghiệp ............................................................................. 33
CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận ........................................................................................................... 35
Kiến nghị .......................................................................................................... 35
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 36
PHỤ LỤC
Phụ lục 1 .......................................................................................................... 37
Phụ lục 2 .......................................................................................................... 38
Phụ lục 3 .......................................................................................................... 39
Phụ lục 4 .......................................................................................................... 40
Phụ lục 5 .......................................................................................................... 41
Phụ lục 6 .......................................................................................................... 42
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -5-
DANH MỤC ĐỒ THỊ
Bảng 4.1: Biểu đồ thể hiện hàm lƣợng LAS có trong Omo, Surf, Nƣớc rửa chén Mỹ
Hảo
Bảng 4.2: Biểu đồ thể hiện hàm lƣợng LAS trƣớc xử lý của nguồn nƣớc thải sinh hoạt
so với tiêu chuẩn.
Bảng 4.3: Biểu đồ thể hiện hàm lƣợng LAS trƣớc xử lý của các nguồn nƣớc thải công
nghiệp so với tiêu chuẩn.
Bảng 4.4: Biểu đồ thể hiện hàm lƣợng LAS sau xử lý của các nguồn nƣớc thải sinh
hoạt so với tiêu chuẩn.
Bảng 4.5: Biểu đồ thể hiện hàm lƣợng LAS sau xử lý của các nguồn nƣớc thải công
nghiệp so với tiêu chuẩn.
Bảng 4.6: Biểu đồ thể hiện hàm lƣợng LAS trƣớc và sau xử lý của các nguồn nƣớc thải
sinh hoạt
Bảng 4.7: Biểu đồ thể hiện hàm lƣợng LAS trƣớc và sau xử lý của các nguồn nƣớc thải
công nghiệp
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -6-
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1: Động học sinh trƣởng của vi sinh vật
Hình 2: Biểu đồ đƣờng chuẩn của LAS
Hình 3: Mô hình xử lý trong phòng thí nghiệm
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -7-
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
CHĐBM : Chất hoạt động bề mặt
VSV : Vi sinh vật
LAS : Lauryl Alkyl Sulfonate
SLES : Sodium lauryl ether sulfate hay Sodium Lauryl Sulfate.
ABS : Ankyl Benzen Sulfonate.
SLS : Sodium lauryl sufate
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -8-
LỜI MỞ ĐẦU
Ở cuộc sống hiện đại, nhu cầu về các chất tẩy rửa ngày càng đƣợc quan tâm và
trở thành một nhu cầu không thể thiếu đƣợc đối với con ngƣời. Ở bất kì đâu ,bất kì ai
cũng đều sử dụng những sản phẩm nhƣ kem đánh răng, sữa tắm, xà phòng tắm ,xà
phòng giặt…Tất cả đã hình thành nên ngành công nghiệp sản xuất các chất tẩy rửa.
Nghành công nghiệp này đặt trên việc sử dụng và phát triển các chất hoạt động bề mặt
và phụ gia cho các chất hoạt động bề mặt. Chất hoạt động bề mặt không những đƣợc
ứng dụng nhiều trong lĩnh vực tẩy rửa mà còn nhiều ứng dụng khác:
- Trong công nghiệp dệt nhuộm: Chất làm mềm cho vải sợi, chất trợ nhuộm
- Trong công nghiệp thực phẩm: Chất nhũ hóa cho bánh kẹo, bơ sữa và đồ hộp
- Trong công nghiệp mỹ phẩm: Chất tẩy rửa, nhũ hóa, chất tạo bọt
- Trong ngành in: Chất trợ ngấm và phân tán mực in
- Trong nông nghiệp: Chất để gia công thuốc bảo vệ thực vật
- Trong xây dựng: Dùng để nhũ hóa nhựa đƣờng, tăng cƣờng độ đóng rắn của bê tông
- Trong dầu khí: Chất nhũ hóa dung dịch khoan
- Trong công nghiệp khoáng sản: Làm thuốc tuyển nổi, chất nhũ hóa, chất tạo bọt để
làm giàu khoáng sản .
Vấn đề đặt ra ở đây là với việc sử dụng chất hoạt động bề mặt rất nhiều nhƣng
liệu quá trình xử lý chất hoạt động bề mặt tại các trạm xử lý nƣớc thải là có hoàn toàn
và triệt để hay không. Vì vậy tôi thực hiện đề tài “nghiên cứu khả năng xử lý chất
hoạt động bề mặt của bùn hoạt tính” với mục đích nghiên cứu khả năng xử lý chất
họat động bề mặt Anion của hệ bùn hoạt tính trong bể Aerotank và các thông số tối ƣu
vận hành bể aerotank để xử lý chất hoạt động bề mặt đạt hiệu quả nhất.
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -9-
Mục tiêu đề tài
- Sử dụng bùn hoạt tính để xử lý chất hoạt động bề mặt.
Nhiệm vụ nghiên cứu
- Thu thập số liệu và tài liệu liên quan đến đề tài.
- Xây dựng mô hình thực nghiệm để xử lý chất hoạt động bề mặt bằng bùn hoạt tính.
- Vận hành các mô hình thực nghiệm, đƣa ra đƣa mô hình xử lí đạt yêu cầu.
- Thành phần ,đặc điểm của bùn hoạt tính.
- Một số chất hoạt động bề mặt thƣờng xuất hiện trong nƣớc thải.
- Ảnh hƣởng của các các chất hoạt động bề mặt trong nƣớc thải đến môi trƣờng và
cuộc sống con ngƣời.
- Khả năng xử lý chất hoạt động bề mặt bằng bùn hoạt tính trong bể Aerotank.
- Tính khả thi của đề tài.
Ý nghĩa đề tài và các vấn đề liên quan.
- Có thể ứng dụng trong các trạm xử lý nƣớc thải của các khu công nghiệp ,các xí
nghiệp sản xuất.
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -10-
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT
1.1 Giới thiệu sơ lƣợc về chất hoạt động bề mặt
1.1.1 Định nghĩa:
- Chất hoạt động bề mặt - CHĐBM (Surfactant, Surface active agent) là chất khi cho
vào dung môi có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt của một chất lỏng. CHĐBM có
cấu tạo gồm đầu ƣa nƣớc và một đầu kỵ nƣớc và tính chất hoạt động bề mặt phụ thuộc
vào 2 phần này:
+ Đầu kỵ nƣớc phải đủ dài, mạch Cacbon từ 8-21, ankyl thuộc mạch ankal, ankle
mạch thẳng hay có gắn vòng clo hay benzene…
+ Đầu ƣa nƣớc phải là nhóm phân cực mạnh nhƣ Cacboxyl (COO-), Hydroxyl(-OH),
Amin (-NH2), Sulfat (-OSO3)…
VD : cơ chế tẩy rửa vết bẩn có chất béo:
Dầu mỡ
Nƣớc
Dung dịch chất tẩy rửa
Dầu mỡ
Sợi Sợi
Hình 2: CƠ CHẾ TẨY RỬA CÁC VẾT DẦU MỠ
1.1.2 Đặc điểm:
CHĐBM đƣợc dùng để làm giảm sức căng bề mặt của một chất lỏng .Nếu cho nhiều
hơn hai chất lỏng không hòa tan thì chất hoạt động bề mặt làm tăng diện tích tiếp xúc
giữa hai chất lỏng đó. Khi hòa chất hoạt động bề mặt vào trong một chất lỏng thì các
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -11-
phân tử của chất hoạt động bề mặt có xu hƣớng tạo đám (micelle). Nồng độ mà tạo đó
các phân tử bắt đầu tạo đám gọi là nồng độ micelle tới hạn.
Nếu chất lỏng là nƣớc thì các phân tử sẽ chụm đuôi kỵ nƣớc lại với nhau và quay đầu
ƣa nƣớc ra tạo nên những hình dạng khác nhau nhƣ hình cầu, hình trụ, màng.
Tính ƣa nƣớc, kỵ nƣớc của một chất hoạt động bề mặt đƣợc đặc trƣng bởi một thông số
là độ cân bằng ƣa nƣớc, kỵ nƣớc (Hydrophilic Lipophilic Balance - HLB), HLB có giá
trị từ 0 đến 40. Giá trị HLP càng cao thì hóa chất càng dễ hoà tan trong nƣớc, ngƣợc
lại, giá trị HLB càng thấp thì hóa chất càng dễ hòa tan trong các dung môi không phân
cực nhƣ dầu.
1.2 Sơ lƣợc về lịch sử chất hoạt động bề mặt
Khi nói về lịch sử của chất tẩy rửa, không có một ngày rõ ràng để chỉ nguồn gốc của
nó, bởi vì sự thật là việc vệ sinh cá nhân đã bắt đầu cùng với sự khởi đầu của nền văn
minh con ngƣời. Thực ra, nƣớc đƣợc xem nhƣ là chất tẩy rửa lâu đời nhất đƣợc sử
dụng để làm sạch thân thể và quần áo.
Loại xà phòng này đƣợc đựng trong những lọ hình trụ, chúng đƣợc tìm thấy trong
những cuộc khai quật về ngƣời Babylon cổ đại. Vì vậy những nhà sử học cho là chất
tẩy rửa đã bắt nguồn vào thời kỳ này hay nói khác hơn lịch sử ra đời của chất tẩy rửa
bắt nguồn từ “xà phòng”.
Đến thế kỷ 18, xà phòng đƣợc sản xuất trên quy mô lớn. Lúc này ngƣời ta đã phát minh
ra xút ăn da và biết chế tạo ra chất kiềm từ muối ăn để thay thế cho tro từ gỗ. Đồng thời
cũng biết ép dầu từ các loại hạt và quả. Nhiều nhà máy ép dầu ra đời, thay thế mỡ động
vật. Nguyên liệu phong phú và sẵn. Bí mật công nghệ cũng bị khám phá. Chẳng còn trở
ngại nào ngăn đƣợc ngành sản xuất xà phòng đi lên.
1.3 Phân loại:
1.3.1 CHĐBM Anionic:
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -12-
CHĐBM anionic khi cho vào trong nƣớc sẽ phân ly thành ion âm, chúng có khả năng
hoạt động bề mặt mạnh nhất, khả năng lấy dầu cao, tạo bọt to nhƣng kém bền. Các
CHĐBM này bị thụ động hoá trong môi trƣờng nƣớc cứng (Ca2+, Mg2+) và các ion kim
loại nặng (Al, Fe). Đây là loại CHĐBM đƣợc sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất trong
giặt giũ, nƣớc rửa chén, các chất tẩy rửa gia dụng...
+ SDS : Sodium dodecyl sulfate
+ SLS : Sodium lauryl sufate
+ SLES : Sodium lauryl ether sulfate hay Sodium Lauryl Sulfate.
+ LABS: Linear alkyl benzene sulfonate
+ ALS: Amoni Lauryl Sulfat
+ LES : Lauryl Ether Sulfonate.
+ ABS: Ankyl Benzen Sulfonate.
+ LAS: Lauryl Alkyl Sulfonate
+ Xà phòng và các muối của axit béo; các muối ankyl sulfate khác.
1.3.2 CHĐBM Cationic:
CHĐBM Cationic có nhóm phân cực bị phân ly thành ion dƣơng trong dung dịch,
chúng thƣờng là các dẫn xuất của muối amoni bậc 4, có khả năng làm bền bọt, tạo nhũ
tốt, lấy dầu ít nên êm dịu với da, chủ yếu dùng làm mềm, xốp xơ sợi và triệt tiêu tĩnh
điện.
- CTAB: Cetyl trimethylamonium bromide
- CPC : Cetyl pyridinium chloride
- POEA : Polyethoxylated tallow amine
- BAC : Benzalkonium chloride
- BZT : Benzethoium chloride
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -13-
1.3.3 CHĐBM Non-ionic:
CHĐBM Non-ionic có nhóm phân cực không bị ion hoá trong dung dịch nƣớc. Phần
ƣa nƣớc chứa những nguyên tử oxy, nitơ hoặc lƣu huỳnh không ion hoá, sự hoà tan là
do cấu tạo những liên kết hydro giữa các phân tử nƣớc và một số chức năng của phần
phân cực bao gồm nhóm alcohol và ester. Phần kỵ nƣớc là mạch hydrocacbon dài.
CHĐBM non- ionic không bị ion hoá nên không tích điện, do đó ít bị ảnh hƣởng bởi
nƣớc cứng và pH của môi trƣờng tuy nhiên vẫn có khả năng tạo phức với các ion của
kim loại nặng, êm dịu với da, lấy dầu ít, tạo bọt kém, thƣờng đƣợc dùng trong những
chất tẩy rửa cho máy rửa chén và giặt giũ.
- Decyl maltoside
- Alkyl poly(ethylen oxit) và Copolymer của poly(ethylen oxit) và poly(ethylen oxit)
(trong thƣơng mại gọi là Poloxamer hay Poloxamin).
- Alkyl polyglucoside bao gồm:
+ Octyl glucoside
+ Các rƣợu béo của cetyl và oleyl.
+ Cocamide MEA, cocamide DEA, cocamide TEA
1.3.4 CHĐBM Amphoteric:
CHĐBM Amphoteric có tính lƣỡng cực, có khả năng tạo thành anionic, cationic hoặc
non-ionic trong dung dịch phụ thuộc vào pH (acid hay kiềm) của nƣớc. Chúng rất thích
hợp cho da nhờ đặc tính lấy dầu nhẹ, ổn định, thƣờng đƣợc dùng trong các sản phẩm
chăm sóc cá nhân và một số sản phẩm làm sạch gia dụng. Imidazoline và betain là
những chất hoạt động bề mặt chiếm đa số.
- Akyl amido propyl betain
- Akyl amido propyl sulfobetain
- Sulfonat betain
- Betain etoxy hoá
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -14-
- Dodecyl betaine
- Dodecyl dimethylamide oxide
- Coamidopropyl betain
- Coco ampho glycinat.
Một số chất hoạt động bề mặt thƣờng gặp:
Tên tắt Công thức
Tên Công thức cấu tạo
phân tử
Sodium Lauryl SLES
Eter Sulfat hay C11+ nH23 +
Sodium Laureth 4nNaO4+ nS
Sulfat
Amoni Lauryl ALS
C12H29NO4S CH3(CH2)10CH2OSO3NH4
sulfat
Linear Alkyl LAS
Sulfonate
Disodium MESD
CHĐBM RO (CH2CH2O) XCOCHCH
laureth
Anionic (SO3Na) COONa
sulfosuccinate
Alkyl Benzen ABS
Sulfonat
SLS
SDS
Sodium Lauryl SDS
C12H25NaO4S
Sulfat hay
SLS: C n H 2n
Sodium Dodecyl
+1 SO 4 Na (n
Hoặc
Sulfate
≈ 12)
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -15-
Xà phòng và các
muối của axit
béo
Benzalkonium BAC
Clorua
Benzethonium BZT
Clorua
Distearyl DSDMAC
Dimethyl Amoni
Với: n=10 -14
Clorua
CHĐBM
Cetyl CTAB
Cationic
Trimetylammoni
um Bromua
Polyethoxylated POEA
Tallow Amin
Cetyl CPC
Pyridinium
Clorua
Dodecyl Betain
Dodecyl
dimetylamin
CHĐBM
oxit
Ampho
Cocamidopropyl
-teric
Betain
Coca Ampho
Glycinat
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -16-
α-olefin AOS R _CH=CH(CH2)nSO3Na
CHĐBM sulfonate
Non- diethanol amin DEA
ionic Octyl Glucozit
Các rƣợu béo
1.3.5 Các yếu tố ảnh hƣởng đến tính chất của chất hoạt động bề mặt
1.3.5.1 Nhiệt độ:
Nhiệt độ càng cao, độ hòa tan của các chất hoạt động bề mặt càng tốt, độ nhớt của các
chất bẩn dạng lỏng càng giảm, độ hòa tan của chất bẩn càng lớn, phản ứng trung hòa
chất bẩn có tính axit và phản ứng xà phòng hóa chất béo xảy ra càng dễ dàng, làm tăng
hiệu suất giặt tẩy.
Tuy nhiên, nhiệt độ cao cũng làm giảm hoạt tính của một số chất hoạt động bề mặt dễ
hòa tan, giảm độ bền của hệ nhũ. Một số loại vải không thể chịu đƣợc nhiệt độ dung
dịch cao.
Đối với các chất hoạt động bề mặt NI, sự hấp phụ tăng theo nhiệt độ và sau điểm đục,
sức căng bề mặt và giao diện của các chất NI có thay đổi.
1.3.5.2 Loại phân tử:
Sức căng bề mặt hay giao diện phụ thuộc vào loại phân tử cấu thành nên
chất hoạt động bề mặt.
Đối với chất hoạt động bề mặt Anion, khi thêm gốc –CH2 vào trong dãy
chất béo, sức căng bề mặt giảm đi (giảm nồng độ). Có thể làm giảm độ hình
thành Micell bằng cách làm mất tính đối xứng trong phân tử bằng cách phân
nhánh hoặc thay thế hai nhánh ngắn hơn thành một nhánh dài duy nhất. Độ hấp
phụ cũng tăng lên theo độ dài của dãy kỵ nƣớc.
Đối với chất hoạt động bề mặt NI, khi tăng dây béo C12 – C14 sức căng
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -17-
bề mặt giảm vì khi đó khả năng phân cực của đầu phân cực giảm. Sự hấp phụ
giảm khi tăng số oxyetylen ƣa nƣớc.
1.3.5.3 Chất điện ly:
Sự hấp phụ: thêm chất điện ly sẽ làm giảm độ hòa tan của các tác nhân
bề mặt dẫn đến làm tăng sự hấp phụ ở các giao diện.
Các chất điện ly sẽ làm giảm CMC vì các chất điện ly trong dung dich
chất tẩy rửa sẽ ngăn cản khả năng hình thành các Micell.
1.3.6 Ứng dụng:
CHĐBM ứng dụng rất nhiều trong đời sống hằng ngày. Ứng dụng phổ biến nhất
là bột giặt, sơn, nhuộm....
Ngoài ra còn có những ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhƣ:
+ Trong công nghiệp dệt nhuộm: Chất làm mềm sợi vải, chất trợ nhuộm..
+ Trong công nghiệp thực phẩm: Chất nhủ hóa cho bánh kẹo, bơ sữa và đồ hộp...
+ Trong công nghiệp mỹ phẩm: Chất tẩy rửa, nhũ hóa, chất tạo bọt..
+ Trong ngành in: Chất trợ ngấm và chất phân tán mực in...
+ Trong nông nghiệp: Chất để gia công thuốc bảo vệ thực vật...
+ Trong xây dựng: Dùng để nhũ hóa nhựa đƣờng, tăng cƣờng độ đóng rắn của bê
tông...
+ Trong dầu khí: Chất nhũ hóa dung dịch khoan
+ Trong công nghiệp khoáng sản: Làm thuốc tuyển nổi, chất nhũ hóa, chất tạo bọt
để làm giàu khoáng sản
1.4 Các tính chất cơ bản
1.4.1 Tính thấm ƣớt:
Tính thấm ƣớt tạo điều kiện để vật cần giặt rửa, các vết bẩn tiếp xúc với nƣớc một cách
dễ dàng nên đóng vai trò rất quan trọng. Vải sợi có khả năng thấm ƣớt dễ dàng nhƣng
nƣớc khó thấm sâu vào bên trong cấu trúc vì sức căng bề mặt rất lớn, nhất là khi
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -18-
vải sợi bị dây bẩn bằng dầu mỡ. Vì thế, dùng xà phòng để làm giảm sức căng bề mặt
của nƣớc và vải sợi – nƣớc.
1.4.2 Khả năng tạo bọt:
- Bọt là một hệ phân tán K/L hay K/R mà pha khí chiếm thể tích lớn, chứa tác nhân ổn
định
- Bọt không có dạng hình cầu, mà là đa diện
- Bọt có 2 dạng là ổn định hay không ổn định
- Chất lỏng nguyên chất không có khả năng tạo bọt
- Hiện tƣợng tạo bọt làm cho bề mặt dung dịch chất tẩy rửa tằng lên.
- Khả năng tạo bọt và độ bền bọt phụ thuộc vào cấu tạo của chính chất đó, nồng độ,
nhiệt độ của dung dịch, độ pH và hàm lƣợng ion Ca2+ Mg2+ trong dung dịch chất tẩy
rửa.
1.4.3 Khả năng hòa tan:
Tình hòa tan phụ thuộc vào các yếu tố:
- Bản chất và vị trí của nhóm ƣa nƣớc. Nhóm ƣa nƣớc ở đầu mạch dễ hòa tan hơn
nhóm ở giữa mạch.
- Chiều dài của mạch Hydrocacbon. Nhóm kỵ nƣớc mạch thẳng dễ hòa tan hơn mạch
nhánh.
- Nhiệt độ
- Bản chất của ion kim loại: với ion Na+, K+dễ hòa tan hơn các ion Ca 2+ ,Mg2+…
1.4.4 Khả năng hoạt động bề mặt:
- Nƣớc có sức căng bề mặt lớn. Khi hòa tan xà phòng vào nƣớc, sức căng bề mặt của
nƣớc giảm. Một lớp hấp thụ định hƣớng hình thành trên bề mặt nhóm ƣa nƣớc hƣớng
vào nƣớc, nhóm kỵ nƣớc hƣớng ra ngoài. Nhờ có lớp hấp thụ đó mà sức căng bề mặt
của nƣớc giảm vì bề mặt nƣớc – không khí đƣợc thay bằng kỵ nƣớc – không khí (giữa
các pha)
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -19-
1.4.5 Khả năng nhũ hóa:
- Nhũ tƣơng là hệ phân tán không bền vững nên muốn thu đƣợc hệ bền
vững thì phải cho thêm chất nhũ hóa.
-Xà phòng thƣờng đƣợc dùng làm chất ổn định nhũ tƣơng. Tác dụng của
chúng là làm giảm sức căng bề mặt của hai hƣớng dầu – nƣớc. sau đó, làm cho
hệ nhũ tƣơng dễ dàng ổn định.
1.4.6 Điểm Kraft – điểm đục:
- Khả năng hòa tan của các chất hoạt động bề mặt anion tăng lên theo nhiệt độ. Khả
năng hòa tan này tăng trƣởng đột ngột khi tác nhân bề mặt hòa tan đủ để tạo thành
Micell. Điểm Kraft là điểm mà tại nhiệt độ đó các Micell có thể hòa tan đƣợc.
- Độ tan của các chất hoạt động bề mặt NI phụ thuộc vào liên kết hydro
trong nƣớc với chuỗi polyoxyetylen. Năng lƣợng của liên kết hydro rất lớn khi tăng
nhiệt độ ,vì khi đó sự mất nƣớc làm giảm độ tan. Điểm đục là điểm tại nhiệt độ đó
các chất hoạt động bề mặt NI không hòa tan đƣợc.
1.4.7 HLB (tính ƣa nƣớc – tính ƣa dầu – cân bằng)
- HLB là một đơn vị đo lƣờng lƣỡng tính đối cực của phân tử
Giá trị của HLB
1–4 không phân tán trong nƣớc
3–6 ít phân tán
8 – 10 phân tán đục nhƣng ổn định
13 dung dịch trong
1.5 Ảnh hƣởng của chất hoạt động bề mặt đến môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời
* Sau đây là một vài chất hoạt động bề mặt gây ảnh hƣởng đến môi trƣờng và
con ngƣời
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -20-
1.5.1 SLES
- SLES đƣợc sử dụng trong các loại nƣớc rửa xe, lau chùi nhà,..và 90% SLES đƣợc sử
dụng làm tác nhân tạo bọt trong các sản phẩm chăm sóc cá nhân.
SLES có thể gây kích thích cho da ở nồng độ cao hơn 40 mg/m3.
SLES có tiềm năng gây hại cho con ngƣời khi tiếp xúc. Cụ thể:
+ Kích thích qua da, viêm da hoặc có thể ăn mòn da do tiếp xúc.
+ Ảnh hƣởng đến mắt, nếu trẻ em tiếp xúc có thể bị tật ở mắt.
+ Biến đổi đặc tính của protein trong cơ thể và không cân bằng hormon.
+ Khi ta tiếp xúc với SLES 0,5% trong thời gian dài đó cũng chính là giai đoạn đầu của
bệnh ung thƣ da.Khi kết hợp với hóa chất khác nhƣ CHĐBM Amoni Laureth Sulfate (
Ales) sẽ tạo thành nitroamines, là một trong những chất gây ung thƣ hàng đầu.
1.5.2 LAS
- LAS độc đối với sinh vật thủy sản ở nồng độ từ 1- 10 mg/l trong ngắn hạn vì xảy ra
quá trình chuyển hóa trong cơ thể chúng.
+ LAS có thể xâm nhập vào da và cơ thể khó giải phóng nó ra ngoài.
+ Sản phẩm dành cho tóc khi có LAS có thể gây rụng tóc vì LAS tấn công vào các
nang tóc làm các nang này chết đi.
+ LAS không trực tiếp gây ung thƣ, LAS phản ứng tốt với một số thành phần hóa học
trong cùng sản phẩm tạo thành chất gây ung thƣ.
Khi sử dụng các chất tẩy rửa không nên tiếp xúc trực tiếp mà phải mang bao tay, lau
chùi xong phải rửa lại bằng nƣớc sạch nhiều lần. Nếu tiếp xúc trực tiếp sẽ bị viêm da
kích ứng từ chất tẩy rửa, nhất là đối với trẻ em. Với các triệu chứng nhƣ: đỏ da, sƣng
tấy, ngứa,...
Khi sử dụng các chất tẩy rửa vẫn còn lƣu lại trên bề mặt đồ dùng nếu không đƣợc rửa
sạch sẽ rất nguy hại đến sức khỏe ngƣời sử dụng. Và hiện nay xu hƣớng của thế giới là
sử dụng chất hoạt động bề mặt có khả năng phân hủy sinh học. Tuy nhiên, những chất
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
Đề Tài:
Nghiên cứu khả năng xử lý chất hoạt động
bề mặt của bùn hoạt tính trong bể Aerotank
Giáo viên hƣớng dẫn: Phạm Phú Song Toàn
Sinh viên thực hiện: Vƣơng Ngọc Tuấn
Lớp: 08MT
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -2-
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU………………………………………………………………….7
Mục tiêu đề tài................................................................................................. 8
Nhiệm vụ ......................................................................................................... 8
Ý nghĩa thực tế và các vấn đề liên quan ........................................................... 8
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT
1.1 Giới thiệu chất hoạt động bề mặt……………………………………………9
1.1.1 Định nghĩa ............................................................................................... 9
1.1.2 Đặc điểm ................................................................................................. 9
1.2 Sơ lƣợc về lịch sử chất hoạt động bề mặt .................................................... 10
1.3 Phân loại chất hoạt động bề mặt.................................................................. 10
1.3.1 CHĐBM Anionic ..................................................................................... 10
1.3.2 CHĐBM Cationic .................................................................................... 11
1.3.3 CHĐBM Non-ionic ................................................................................. 12
1.3.4 CHĐBM Amphoteric ............................................................................... 12
1.3.5 Các yếu tố ảnh hƣởng đến tính chất của chất hoạt động bề mặt ................ 15
1.3.6 Ứng dụng ................................................................................................. 16
1.4 Tính chất cơ bản của chất hoạt động bề mặt ................................................ 16
1.4.1 Tính thầm ƣớt .......................................................................................... 16
1.4.2 Khả năng tạo bọt ...................................................................................... 17
1.4.3 Khả năng hòa tan ..................................................................................... 17
1.4.4 Khả năng hoạt động bề mặt ...................................................................... 17
1.4.5 Khả năng nhũ hóa .................................................................................... 18
1.4.6 Điểm Kraft – điểm đục ............................................................................ 18
1.4.7 HLB (tính ƣa nƣớc – tính ƣa dầu – cân bằng) .......................................... 18
1.5 Ảnh hƣởng của chất hoạt động bề mặt tới sức khoẻ và môi trƣờng ............. 18
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -3-
1.5.1 SLES ....................................................................................................... 19
1.5.2 LAS ......................................................................................................... 19
1.5.3 ALS ......................................................................................................... 20
1.5.4 Xà Phòng ................................................................................................. 20
1.6 Các phƣơng pháp xử lý chất hoạt động bề
mặt........................................................................................................................21
CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ BÙN HOẠT TÍNH
2.1 Bùn hoạt tính...................................................................................................22
2.2 Các sinh vật trong bùn hoạt tính.................................................................. 22
2.3 Cách hình thành bùn hoạt tính .................................................................... 22
2.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình xử lý nƣớc thải bằng bùn hoạt tính ..... 23
2.5 Hoạt động của vi sinh vật trong nƣớc thải ................................................... 23
2.6 Động học sinh trƣởng của vi sinh vật .......................................................... 24
2.7 Các thông số cần quan tâm trong quá trình xử lý nƣớc thải bằng bùn
hoạt tính ........................................................................................................... 25
CHƢƠNG 3: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1 Nội dung nghiên cứu ................................................................................. 26
3.2 Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................ 26
3.2.1 Phƣơng pháp thu thập tài liệu................................................................... 26
3.2.2 Phƣơng pháp thực nghiệm ....................................................................... 26
3.2.3 Mô hình thí nghiệm ................................................................................. 27
3.2.4 Tiến trình thí nghiệm ............................................................................... 27
3.2.4.1 Xây dựng đƣờng chuẩn ......................................................................... 27
3.2.4.2 Cách tiến hành .................................................................................... 28
3.2.5 Các thí nghiệm......................................................................................... 29
3.3 Phƣơng pháp phân tích ............................................................................... 29
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -4-
CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1 Xác định hàm lƣợng chất hoạt động bề mặt trong các sản phẩm Omo, Surf ,Nƣớc
rửa chén Mỹ Hảo .............................................................................................. 30
4.2 Thí nghiệm ................................................................................................. 31
4.2.1 Thí nghiệm với mẫu nƣớc thải sinh hoạt .................................................. 31
4.2.2 Thí nghiệm với mẫu nƣớc thải công nghiệp ............................................. 32
4.3 Kết quả sau xử lý bằng bùn hoạt tính .......................................................... 33
4.3.1 Nƣớc thải sinh hoạt .................................................................................. 33
4.3.2 Nƣớc thải công nghiệp ............................................................................. 33
CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận ........................................................................................................... 35
Kiến nghị .......................................................................................................... 35
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 36
PHỤ LỤC
Phụ lục 1 .......................................................................................................... 37
Phụ lục 2 .......................................................................................................... 38
Phụ lục 3 .......................................................................................................... 39
Phụ lục 4 .......................................................................................................... 40
Phụ lục 5 .......................................................................................................... 41
Phụ lục 6 .......................................................................................................... 42
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -5-
DANH MỤC ĐỒ THỊ
Bảng 4.1: Biểu đồ thể hiện hàm lƣợng LAS có trong Omo, Surf, Nƣớc rửa chén Mỹ
Hảo
Bảng 4.2: Biểu đồ thể hiện hàm lƣợng LAS trƣớc xử lý của nguồn nƣớc thải sinh hoạt
so với tiêu chuẩn.
Bảng 4.3: Biểu đồ thể hiện hàm lƣợng LAS trƣớc xử lý của các nguồn nƣớc thải công
nghiệp so với tiêu chuẩn.
Bảng 4.4: Biểu đồ thể hiện hàm lƣợng LAS sau xử lý của các nguồn nƣớc thải sinh
hoạt so với tiêu chuẩn.
Bảng 4.5: Biểu đồ thể hiện hàm lƣợng LAS sau xử lý của các nguồn nƣớc thải công
nghiệp so với tiêu chuẩn.
Bảng 4.6: Biểu đồ thể hiện hàm lƣợng LAS trƣớc và sau xử lý của các nguồn nƣớc thải
sinh hoạt
Bảng 4.7: Biểu đồ thể hiện hàm lƣợng LAS trƣớc và sau xử lý của các nguồn nƣớc thải
công nghiệp
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -6-
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1: Động học sinh trƣởng của vi sinh vật
Hình 2: Biểu đồ đƣờng chuẩn của LAS
Hình 3: Mô hình xử lý trong phòng thí nghiệm
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -7-
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
CHĐBM : Chất hoạt động bề mặt
VSV : Vi sinh vật
LAS : Lauryl Alkyl Sulfonate
SLES : Sodium lauryl ether sulfate hay Sodium Lauryl Sulfate.
ABS : Ankyl Benzen Sulfonate.
SLS : Sodium lauryl sufate
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -8-
LỜI MỞ ĐẦU
Ở cuộc sống hiện đại, nhu cầu về các chất tẩy rửa ngày càng đƣợc quan tâm và
trở thành một nhu cầu không thể thiếu đƣợc đối với con ngƣời. Ở bất kì đâu ,bất kì ai
cũng đều sử dụng những sản phẩm nhƣ kem đánh răng, sữa tắm, xà phòng tắm ,xà
phòng giặt…Tất cả đã hình thành nên ngành công nghiệp sản xuất các chất tẩy rửa.
Nghành công nghiệp này đặt trên việc sử dụng và phát triển các chất hoạt động bề mặt
và phụ gia cho các chất hoạt động bề mặt. Chất hoạt động bề mặt không những đƣợc
ứng dụng nhiều trong lĩnh vực tẩy rửa mà còn nhiều ứng dụng khác:
- Trong công nghiệp dệt nhuộm: Chất làm mềm cho vải sợi, chất trợ nhuộm
- Trong công nghiệp thực phẩm: Chất nhũ hóa cho bánh kẹo, bơ sữa và đồ hộp
- Trong công nghiệp mỹ phẩm: Chất tẩy rửa, nhũ hóa, chất tạo bọt
- Trong ngành in: Chất trợ ngấm và phân tán mực in
- Trong nông nghiệp: Chất để gia công thuốc bảo vệ thực vật
- Trong xây dựng: Dùng để nhũ hóa nhựa đƣờng, tăng cƣờng độ đóng rắn của bê tông
- Trong dầu khí: Chất nhũ hóa dung dịch khoan
- Trong công nghiệp khoáng sản: Làm thuốc tuyển nổi, chất nhũ hóa, chất tạo bọt để
làm giàu khoáng sản .
Vấn đề đặt ra ở đây là với việc sử dụng chất hoạt động bề mặt rất nhiều nhƣng
liệu quá trình xử lý chất hoạt động bề mặt tại các trạm xử lý nƣớc thải là có hoàn toàn
và triệt để hay không. Vì vậy tôi thực hiện đề tài “nghiên cứu khả năng xử lý chất
hoạt động bề mặt của bùn hoạt tính” với mục đích nghiên cứu khả năng xử lý chất
họat động bề mặt Anion của hệ bùn hoạt tính trong bể Aerotank và các thông số tối ƣu
vận hành bể aerotank để xử lý chất hoạt động bề mặt đạt hiệu quả nhất.
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -9-
Mục tiêu đề tài
- Sử dụng bùn hoạt tính để xử lý chất hoạt động bề mặt.
Nhiệm vụ nghiên cứu
- Thu thập số liệu và tài liệu liên quan đến đề tài.
- Xây dựng mô hình thực nghiệm để xử lý chất hoạt động bề mặt bằng bùn hoạt tính.
- Vận hành các mô hình thực nghiệm, đƣa ra đƣa mô hình xử lí đạt yêu cầu.
- Thành phần ,đặc điểm của bùn hoạt tính.
- Một số chất hoạt động bề mặt thƣờng xuất hiện trong nƣớc thải.
- Ảnh hƣởng của các các chất hoạt động bề mặt trong nƣớc thải đến môi trƣờng và
cuộc sống con ngƣời.
- Khả năng xử lý chất hoạt động bề mặt bằng bùn hoạt tính trong bể Aerotank.
- Tính khả thi của đề tài.
Ý nghĩa đề tài và các vấn đề liên quan.
- Có thể ứng dụng trong các trạm xử lý nƣớc thải của các khu công nghiệp ,các xí
nghiệp sản xuất.
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -10-
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT
1.1 Giới thiệu sơ lƣợc về chất hoạt động bề mặt
1.1.1 Định nghĩa:
- Chất hoạt động bề mặt - CHĐBM (Surfactant, Surface active agent) là chất khi cho
vào dung môi có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt của một chất lỏng. CHĐBM có
cấu tạo gồm đầu ƣa nƣớc và một đầu kỵ nƣớc và tính chất hoạt động bề mặt phụ thuộc
vào 2 phần này:
+ Đầu kỵ nƣớc phải đủ dài, mạch Cacbon từ 8-21, ankyl thuộc mạch ankal, ankle
mạch thẳng hay có gắn vòng clo hay benzene…
+ Đầu ƣa nƣớc phải là nhóm phân cực mạnh nhƣ Cacboxyl (COO-), Hydroxyl(-OH),
Amin (-NH2), Sulfat (-OSO3)…
VD : cơ chế tẩy rửa vết bẩn có chất béo:
Dầu mỡ
Nƣớc
Dung dịch chất tẩy rửa
Dầu mỡ
Sợi Sợi
Hình 2: CƠ CHẾ TẨY RỬA CÁC VẾT DẦU MỠ
1.1.2 Đặc điểm:
CHĐBM đƣợc dùng để làm giảm sức căng bề mặt của một chất lỏng .Nếu cho nhiều
hơn hai chất lỏng không hòa tan thì chất hoạt động bề mặt làm tăng diện tích tiếp xúc
giữa hai chất lỏng đó. Khi hòa chất hoạt động bề mặt vào trong một chất lỏng thì các
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -11-
phân tử của chất hoạt động bề mặt có xu hƣớng tạo đám (micelle). Nồng độ mà tạo đó
các phân tử bắt đầu tạo đám gọi là nồng độ micelle tới hạn.
Nếu chất lỏng là nƣớc thì các phân tử sẽ chụm đuôi kỵ nƣớc lại với nhau và quay đầu
ƣa nƣớc ra tạo nên những hình dạng khác nhau nhƣ hình cầu, hình trụ, màng.
Tính ƣa nƣớc, kỵ nƣớc của một chất hoạt động bề mặt đƣợc đặc trƣng bởi một thông số
là độ cân bằng ƣa nƣớc, kỵ nƣớc (Hydrophilic Lipophilic Balance - HLB), HLB có giá
trị từ 0 đến 40. Giá trị HLP càng cao thì hóa chất càng dễ hoà tan trong nƣớc, ngƣợc
lại, giá trị HLB càng thấp thì hóa chất càng dễ hòa tan trong các dung môi không phân
cực nhƣ dầu.
1.2 Sơ lƣợc về lịch sử chất hoạt động bề mặt
Khi nói về lịch sử của chất tẩy rửa, không có một ngày rõ ràng để chỉ nguồn gốc của
nó, bởi vì sự thật là việc vệ sinh cá nhân đã bắt đầu cùng với sự khởi đầu của nền văn
minh con ngƣời. Thực ra, nƣớc đƣợc xem nhƣ là chất tẩy rửa lâu đời nhất đƣợc sử
dụng để làm sạch thân thể và quần áo.
Loại xà phòng này đƣợc đựng trong những lọ hình trụ, chúng đƣợc tìm thấy trong
những cuộc khai quật về ngƣời Babylon cổ đại. Vì vậy những nhà sử học cho là chất
tẩy rửa đã bắt nguồn vào thời kỳ này hay nói khác hơn lịch sử ra đời của chất tẩy rửa
bắt nguồn từ “xà phòng”.
Đến thế kỷ 18, xà phòng đƣợc sản xuất trên quy mô lớn. Lúc này ngƣời ta đã phát minh
ra xút ăn da và biết chế tạo ra chất kiềm từ muối ăn để thay thế cho tro từ gỗ. Đồng thời
cũng biết ép dầu từ các loại hạt và quả. Nhiều nhà máy ép dầu ra đời, thay thế mỡ động
vật. Nguyên liệu phong phú và sẵn. Bí mật công nghệ cũng bị khám phá. Chẳng còn trở
ngại nào ngăn đƣợc ngành sản xuất xà phòng đi lên.
1.3 Phân loại:
1.3.1 CHĐBM Anionic:
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -12-
CHĐBM anionic khi cho vào trong nƣớc sẽ phân ly thành ion âm, chúng có khả năng
hoạt động bề mặt mạnh nhất, khả năng lấy dầu cao, tạo bọt to nhƣng kém bền. Các
CHĐBM này bị thụ động hoá trong môi trƣờng nƣớc cứng (Ca2+, Mg2+) và các ion kim
loại nặng (Al, Fe). Đây là loại CHĐBM đƣợc sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất trong
giặt giũ, nƣớc rửa chén, các chất tẩy rửa gia dụng...
+ SDS : Sodium dodecyl sulfate
+ SLS : Sodium lauryl sufate
+ SLES : Sodium lauryl ether sulfate hay Sodium Lauryl Sulfate.
+ LABS: Linear alkyl benzene sulfonate
+ ALS: Amoni Lauryl Sulfat
+ LES : Lauryl Ether Sulfonate.
+ ABS: Ankyl Benzen Sulfonate.
+ LAS: Lauryl Alkyl Sulfonate
+ Xà phòng và các muối của axit béo; các muối ankyl sulfate khác.
1.3.2 CHĐBM Cationic:
CHĐBM Cationic có nhóm phân cực bị phân ly thành ion dƣơng trong dung dịch,
chúng thƣờng là các dẫn xuất của muối amoni bậc 4, có khả năng làm bền bọt, tạo nhũ
tốt, lấy dầu ít nên êm dịu với da, chủ yếu dùng làm mềm, xốp xơ sợi và triệt tiêu tĩnh
điện.
- CTAB: Cetyl trimethylamonium bromide
- CPC : Cetyl pyridinium chloride
- POEA : Polyethoxylated tallow amine
- BAC : Benzalkonium chloride
- BZT : Benzethoium chloride
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -13-
1.3.3 CHĐBM Non-ionic:
CHĐBM Non-ionic có nhóm phân cực không bị ion hoá trong dung dịch nƣớc. Phần
ƣa nƣớc chứa những nguyên tử oxy, nitơ hoặc lƣu huỳnh không ion hoá, sự hoà tan là
do cấu tạo những liên kết hydro giữa các phân tử nƣớc và một số chức năng của phần
phân cực bao gồm nhóm alcohol và ester. Phần kỵ nƣớc là mạch hydrocacbon dài.
CHĐBM non- ionic không bị ion hoá nên không tích điện, do đó ít bị ảnh hƣởng bởi
nƣớc cứng và pH của môi trƣờng tuy nhiên vẫn có khả năng tạo phức với các ion của
kim loại nặng, êm dịu với da, lấy dầu ít, tạo bọt kém, thƣờng đƣợc dùng trong những
chất tẩy rửa cho máy rửa chén và giặt giũ.
- Decyl maltoside
- Alkyl poly(ethylen oxit) và Copolymer của poly(ethylen oxit) và poly(ethylen oxit)
(trong thƣơng mại gọi là Poloxamer hay Poloxamin).
- Alkyl polyglucoside bao gồm:
+ Octyl glucoside
+ Các rƣợu béo của cetyl và oleyl.
+ Cocamide MEA, cocamide DEA, cocamide TEA
1.3.4 CHĐBM Amphoteric:
CHĐBM Amphoteric có tính lƣỡng cực, có khả năng tạo thành anionic, cationic hoặc
non-ionic trong dung dịch phụ thuộc vào pH (acid hay kiềm) của nƣớc. Chúng rất thích
hợp cho da nhờ đặc tính lấy dầu nhẹ, ổn định, thƣờng đƣợc dùng trong các sản phẩm
chăm sóc cá nhân và một số sản phẩm làm sạch gia dụng. Imidazoline và betain là
những chất hoạt động bề mặt chiếm đa số.
- Akyl amido propyl betain
- Akyl amido propyl sulfobetain
- Sulfonat betain
- Betain etoxy hoá
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -14-
- Dodecyl betaine
- Dodecyl dimethylamide oxide
- Coamidopropyl betain
- Coco ampho glycinat.
Một số chất hoạt động bề mặt thƣờng gặp:
Tên tắt Công thức
Tên Công thức cấu tạo
phân tử
Sodium Lauryl SLES
Eter Sulfat hay C11+ nH23 +
Sodium Laureth 4nNaO4+ nS
Sulfat
Amoni Lauryl ALS
C12H29NO4S CH3(CH2)10CH2OSO3NH4
sulfat
Linear Alkyl LAS
Sulfonate
Disodium MESD
CHĐBM RO (CH2CH2O) XCOCHCH
laureth
Anionic (SO3Na) COONa
sulfosuccinate
Alkyl Benzen ABS
Sulfonat
SLS
SDS
Sodium Lauryl SDS
C12H25NaO4S
Sulfat hay
SLS: C n H 2n
Sodium Dodecyl
+1 SO 4 Na (n
Hoặc
Sulfate
≈ 12)
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -15-
Xà phòng và các
muối của axit
béo
Benzalkonium BAC
Clorua
Benzethonium BZT
Clorua
Distearyl DSDMAC
Dimethyl Amoni
Với: n=10 -14
Clorua
CHĐBM
Cetyl CTAB
Cationic
Trimetylammoni
um Bromua
Polyethoxylated POEA
Tallow Amin
Cetyl CPC
Pyridinium
Clorua
Dodecyl Betain
Dodecyl
dimetylamin
CHĐBM
oxit
Ampho
Cocamidopropyl
-teric
Betain
Coca Ampho
Glycinat
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -16-
α-olefin AOS R _CH=CH(CH2)nSO3Na
CHĐBM sulfonate
Non- diethanol amin DEA
ionic Octyl Glucozit
Các rƣợu béo
1.3.5 Các yếu tố ảnh hƣởng đến tính chất của chất hoạt động bề mặt
1.3.5.1 Nhiệt độ:
Nhiệt độ càng cao, độ hòa tan của các chất hoạt động bề mặt càng tốt, độ nhớt của các
chất bẩn dạng lỏng càng giảm, độ hòa tan của chất bẩn càng lớn, phản ứng trung hòa
chất bẩn có tính axit và phản ứng xà phòng hóa chất béo xảy ra càng dễ dàng, làm tăng
hiệu suất giặt tẩy.
Tuy nhiên, nhiệt độ cao cũng làm giảm hoạt tính của một số chất hoạt động bề mặt dễ
hòa tan, giảm độ bền của hệ nhũ. Một số loại vải không thể chịu đƣợc nhiệt độ dung
dịch cao.
Đối với các chất hoạt động bề mặt NI, sự hấp phụ tăng theo nhiệt độ và sau điểm đục,
sức căng bề mặt và giao diện của các chất NI có thay đổi.
1.3.5.2 Loại phân tử:
Sức căng bề mặt hay giao diện phụ thuộc vào loại phân tử cấu thành nên
chất hoạt động bề mặt.
Đối với chất hoạt động bề mặt Anion, khi thêm gốc –CH2 vào trong dãy
chất béo, sức căng bề mặt giảm đi (giảm nồng độ). Có thể làm giảm độ hình
thành Micell bằng cách làm mất tính đối xứng trong phân tử bằng cách phân
nhánh hoặc thay thế hai nhánh ngắn hơn thành một nhánh dài duy nhất. Độ hấp
phụ cũng tăng lên theo độ dài của dãy kỵ nƣớc.
Đối với chất hoạt động bề mặt NI, khi tăng dây béo C12 – C14 sức căng
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -17-
bề mặt giảm vì khi đó khả năng phân cực của đầu phân cực giảm. Sự hấp phụ
giảm khi tăng số oxyetylen ƣa nƣớc.
1.3.5.3 Chất điện ly:
Sự hấp phụ: thêm chất điện ly sẽ làm giảm độ hòa tan của các tác nhân
bề mặt dẫn đến làm tăng sự hấp phụ ở các giao diện.
Các chất điện ly sẽ làm giảm CMC vì các chất điện ly trong dung dich
chất tẩy rửa sẽ ngăn cản khả năng hình thành các Micell.
1.3.6 Ứng dụng:
CHĐBM ứng dụng rất nhiều trong đời sống hằng ngày. Ứng dụng phổ biến nhất
là bột giặt, sơn, nhuộm....
Ngoài ra còn có những ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhƣ:
+ Trong công nghiệp dệt nhuộm: Chất làm mềm sợi vải, chất trợ nhuộm..
+ Trong công nghiệp thực phẩm: Chất nhủ hóa cho bánh kẹo, bơ sữa và đồ hộp...
+ Trong công nghiệp mỹ phẩm: Chất tẩy rửa, nhũ hóa, chất tạo bọt..
+ Trong ngành in: Chất trợ ngấm và chất phân tán mực in...
+ Trong nông nghiệp: Chất để gia công thuốc bảo vệ thực vật...
+ Trong xây dựng: Dùng để nhũ hóa nhựa đƣờng, tăng cƣờng độ đóng rắn của bê
tông...
+ Trong dầu khí: Chất nhũ hóa dung dịch khoan
+ Trong công nghiệp khoáng sản: Làm thuốc tuyển nổi, chất nhũ hóa, chất tạo bọt
để làm giàu khoáng sản
1.4 Các tính chất cơ bản
1.4.1 Tính thấm ƣớt:
Tính thấm ƣớt tạo điều kiện để vật cần giặt rửa, các vết bẩn tiếp xúc với nƣớc một cách
dễ dàng nên đóng vai trò rất quan trọng. Vải sợi có khả năng thấm ƣớt dễ dàng nhƣng
nƣớc khó thấm sâu vào bên trong cấu trúc vì sức căng bề mặt rất lớn, nhất là khi
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -18-
vải sợi bị dây bẩn bằng dầu mỡ. Vì thế, dùng xà phòng để làm giảm sức căng bề mặt
của nƣớc và vải sợi – nƣớc.
1.4.2 Khả năng tạo bọt:
- Bọt là một hệ phân tán K/L hay K/R mà pha khí chiếm thể tích lớn, chứa tác nhân ổn
định
- Bọt không có dạng hình cầu, mà là đa diện
- Bọt có 2 dạng là ổn định hay không ổn định
- Chất lỏng nguyên chất không có khả năng tạo bọt
- Hiện tƣợng tạo bọt làm cho bề mặt dung dịch chất tẩy rửa tằng lên.
- Khả năng tạo bọt và độ bền bọt phụ thuộc vào cấu tạo của chính chất đó, nồng độ,
nhiệt độ của dung dịch, độ pH và hàm lƣợng ion Ca2+ Mg2+ trong dung dịch chất tẩy
rửa.
1.4.3 Khả năng hòa tan:
Tình hòa tan phụ thuộc vào các yếu tố:
- Bản chất và vị trí của nhóm ƣa nƣớc. Nhóm ƣa nƣớc ở đầu mạch dễ hòa tan hơn
nhóm ở giữa mạch.
- Chiều dài của mạch Hydrocacbon. Nhóm kỵ nƣớc mạch thẳng dễ hòa tan hơn mạch
nhánh.
- Nhiệt độ
- Bản chất của ion kim loại: với ion Na+, K+dễ hòa tan hơn các ion Ca 2+ ,Mg2+…
1.4.4 Khả năng hoạt động bề mặt:
- Nƣớc có sức căng bề mặt lớn. Khi hòa tan xà phòng vào nƣớc, sức căng bề mặt của
nƣớc giảm. Một lớp hấp thụ định hƣớng hình thành trên bề mặt nhóm ƣa nƣớc hƣớng
vào nƣớc, nhóm kỵ nƣớc hƣớng ra ngoài. Nhờ có lớp hấp thụ đó mà sức căng bề mặt
của nƣớc giảm vì bề mặt nƣớc – không khí đƣợc thay bằng kỵ nƣớc – không khí (giữa
các pha)
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -19-
1.4.5 Khả năng nhũ hóa:
- Nhũ tƣơng là hệ phân tán không bền vững nên muốn thu đƣợc hệ bền
vững thì phải cho thêm chất nhũ hóa.
-Xà phòng thƣờng đƣợc dùng làm chất ổn định nhũ tƣơng. Tác dụng của
chúng là làm giảm sức căng bề mặt của hai hƣớng dầu – nƣớc. sau đó, làm cho
hệ nhũ tƣơng dễ dàng ổn định.
1.4.6 Điểm Kraft – điểm đục:
- Khả năng hòa tan của các chất hoạt động bề mặt anion tăng lên theo nhiệt độ. Khả
năng hòa tan này tăng trƣởng đột ngột khi tác nhân bề mặt hòa tan đủ để tạo thành
Micell. Điểm Kraft là điểm mà tại nhiệt độ đó các Micell có thể hòa tan đƣợc.
- Độ tan của các chất hoạt động bề mặt NI phụ thuộc vào liên kết hydro
trong nƣớc với chuỗi polyoxyetylen. Năng lƣợng của liên kết hydro rất lớn khi tăng
nhiệt độ ,vì khi đó sự mất nƣớc làm giảm độ tan. Điểm đục là điểm tại nhiệt độ đó
các chất hoạt động bề mặt NI không hòa tan đƣợc.
1.4.7 HLB (tính ƣa nƣớc – tính ƣa dầu – cân bằng)
- HLB là một đơn vị đo lƣờng lƣỡng tính đối cực của phân tử
Giá trị của HLB
1–4 không phân tán trong nƣớc
3–6 ít phân tán
8 – 10 phân tán đục nhƣng ổn định
13 dung dịch trong
1.5 Ảnh hƣởng của chất hoạt động bề mặt đến môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời
* Sau đây là một vài chất hoạt động bề mặt gây ảnh hƣởng đến môi trƣờng và
con ngƣời
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP -20-
1.5.1 SLES
- SLES đƣợc sử dụng trong các loại nƣớc rửa xe, lau chùi nhà,..và 90% SLES đƣợc sử
dụng làm tác nhân tạo bọt trong các sản phẩm chăm sóc cá nhân.
SLES có thể gây kích thích cho da ở nồng độ cao hơn 40 mg/m3.
SLES có tiềm năng gây hại cho con ngƣời khi tiếp xúc. Cụ thể:
+ Kích thích qua da, viêm da hoặc có thể ăn mòn da do tiếp xúc.
+ Ảnh hƣởng đến mắt, nếu trẻ em tiếp xúc có thể bị tật ở mắt.
+ Biến đổi đặc tính của protein trong cơ thể và không cân bằng hormon.
+ Khi ta tiếp xúc với SLES 0,5% trong thời gian dài đó cũng chính là giai đoạn đầu của
bệnh ung thƣ da.Khi kết hợp với hóa chất khác nhƣ CHĐBM Amoni Laureth Sulfate (
Ales) sẽ tạo thành nitroamines, là một trong những chất gây ung thƣ hàng đầu.
1.5.2 LAS
- LAS độc đối với sinh vật thủy sản ở nồng độ từ 1- 10 mg/l trong ngắn hạn vì xảy ra
quá trình chuyển hóa trong cơ thể chúng.
+ LAS có thể xâm nhập vào da và cơ thể khó giải phóng nó ra ngoài.
+ Sản phẩm dành cho tóc khi có LAS có thể gây rụng tóc vì LAS tấn công vào các
nang tóc làm các nang này chết đi.
+ LAS không trực tiếp gây ung thƣ, LAS phản ứng tốt với một số thành phần hóa học
trong cùng sản phẩm tạo thành chất gây ung thƣ.
Khi sử dụng các chất tẩy rửa không nên tiếp xúc trực tiếp mà phải mang bao tay, lau
chùi xong phải rửa lại bằng nƣớc sạch nhiều lần. Nếu tiếp xúc trực tiếp sẽ bị viêm da
kích ứng từ chất tẩy rửa, nhất là đối với trẻ em. Với các triệu chứng nhƣ: đỏ da, sƣng
tấy, ngứa,...
Khi sử dụng các chất tẩy rửa vẫn còn lƣu lại trên bề mặt đồ dùng nếu không đƣợc rửa
sạch sẽ rất nguy hại đến sức khỏe ngƣời sử dụng. Và hiện nay xu hƣớng của thế giới là
sử dụng chất hoạt động bề mặt có khả năng phân hủy sinh học. Tuy nhiên, những chất
SVTH: Vƣơng Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn