Luận văn Nghiên cứu chế tạo và đánh giá chất lượng nhiên liệu nhũ tương cho động cơ diezel

là nguyên nhân gây hoạt tính bề mặt. Trong nhóm chất này có: - Các muối của các axit béo: đây là những chất mà người ta gọi dưới cái tên chung là xà phòng như muối kiềm của axit béo, muối kim loại của axit béo, muối gốc hữu cơ của các axit béo. - Các muối sunfat của axit béo: đây là những chất hoạt động bề mặt được sử dụng rộng rãi để chế tạo các loại dầu gội đầu, sữa tắm tạo bọt, các chất tẩy rửa. - Các dẫn xuất sunfonat: có thể kể đến như các chất sunfonat của dầu hỏa, các chất lingo sunfonat, các chất alkylarin sunfonat. - Các chất hữu cơ có photpho: các chất alkylphotphat là những chất được dùng làm chất nhũ hóa nhiều nhất, đặc biệt cho hệ vi nhũ tương. ∗ Các chất hoạt động bề mặt cation Đây là những chất hoạt động bề mặt tự ion hóa, khi hòa tan trong nước thì cung cấp những ion hữu cơ mang điện tích dương và gây ra những hoạt tính bề mặt. Các chất hoạt động bề mặt cation bao gồm: - Các muối alkylamin: chất hoạt động bề mặt này được sử dụng nhiều nhất để làm mềm sợi vải. - Các muối amoni bậc bốn alkyl: các phân tử loại này có khả năng diệt khuẩn rất cao, vì vậy một số được dùng làm chất sát trùng. - Các muối amoni bậc 4 có chu kì phức tạp: ví dụ setylpyridin bromua và setylpyridin clorua - Các amin oxit: mặc dù là các chất hoạt động bề mặt cation, các chất này thường được sử dụng như những chất không mang điện. Nhờ có tính chất này mà người ta sử dụng làm mỹ phẩm, đặc biệt một số mỹ phẩm có pH cao. Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Ngọc Phong – Công nghệ Hóa học 2007-2009 35 - Các chất dẫn xuất không có đạm: đây là những phân tử có một nguyên tử lưu huỳnh hoặc một nguyên tử photpho mang điện dương. ∗ Các chất hoạt động bề mặt mang cả 2 dấu điện Đây là những chất hoạt động bề mặt có hai hoặc nhiều nhóm chức năng và tùy theo những điều kiện của dung môi có thể ion hóa trong dung dịch nước và tạo cho hợp chất hoặc tính chất anion hoặc tính chất cation. Các chất này biểu hiện tính chất ion của mình tùy thuộc vào độ pH, là anion khi có độ pH lớn hơn điểm đẳng điện và là cation khi độ pH nhỏ hơn điểm đẳng điện. Các chất hoạt động bề mặt mang cả hai dấu điện gồm có: - Các chất dẫn xuất từ petan, như alkylpentan, alkyllaminopentan là các chất có khả năng làm ướt, gây bọt và tẩy rửa, ít độc hại và có khả năng tự hủy, không gây ô nhiễm môi trường. Các chất này chủ yếu được dùng làm mỹ phẩm. - Các dẫn xuất từ imidazolin : những chất này có khả năng nhũ hóa rất mạnh. - Các chất dẫn xuất của các axit amin: các chất hoạt động bề mặt này được sử dụng để gây bọt và diệt khuẩn. ∗ Các chất hoạt động bề mặt không ion Khác với các chất hoạt động bề mặt vừa nêu trên, chất hoạt động bề mặt không ion khi tan vào nước không bị ion hóa. Các chất này có thể hòa tan trong nước do trong thành phần của chúng có nhóm hoạt động rất háo nước. Ở bất kì pH nào chúng đều có thể tác dụng với các chất hoạt động bề mặt ion. Có thể phân loại chúng theo kiểu liên hệ giữa các nhóm háo dầu và háo nước. Có thể kể những kiểu liên hệ sau: - Liên hệ kiểu ete: đây là nhóm những hóa chất hữu cơ thường dùng để chế tạo nhũ tương trong công nghiệp sơn và công nghiệp thực phẩm. - Liên hệ kiểu este: ví dụ như các este glycol, este glyxerol, este polygryxerol, este polyetylenglycol, este của axit béo. Các chất hoạt động bề mặt không ion này chủ yếu được dùng trong thực phẩm,mỹ phẩm và thực phẩm. Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Ngọc Phong – Công nghệ Hóa học 2007-2009 36 - Liên hệ kiểu amit: thường được sử dụng trong công nghiệp mỹ phẩm và chế tạo bột giặt. - Các chất khác: còn một số chất hoạt động bề mặt không ion nữa như nhựa đa phân tử alkylen oxyt, mecaptan và polyoxyetylen. 2.2.4.2. Các tiêu chuẩn lựa chọn chất nhũ hóa Không phải mọi chất hoạt động bề mặt đều có thể sử dụng làm chất nhũ hóa. Để chọn được chất nhũ hóa thích hợp là cả một quá trình tìm tòi và thử nghiệm. Tuy nhiên, các chất nhũ hóa được lựa chọn phả thỏa mãn được các yêu cầu sau: - Cấu trúc hóa học của chất nhũ hóa phải tương đối phù hợp với cấu trúc của pha phân tán. - Hấp thụ nhanh chóng lên bề mặt giọt, ngăn chặn được sự va chạm gây keo tụ giữa các hạt bằng một năng lượng hàng rào đủ lớn. - Việc chọn lựa chất nhũ hóa ion hay không ion phụ thuộc vào hệ nhưng quy tắc chung là nhũ tương nghịch (nước trong dầu) sẽ được sử dụng chất hoạt động bề mặt không ion làm chất nhũ hóa. Còn nhũ tương dầu trong nước sẽ sử dụng chất nhũ hóa có ion [35]. - Sử dụng hỗn hợp chất nhũ hóa thường hiệu quả hơn và đồng thời có thể làm giảm nồng độ chất nhũ hóa cần sử dụng do hiệu ứng hình học của hỗn hợp. - Không độc hại và rẻ tiền. Bảng 2. 2. Thang giá trị HLB và ứng dụng của chất hoạt động bề mặt Hệ áp dụng Loại Tác nhân hệ nước/dầu 3 ÷ 6 Tác nhân làm ướt 7 ÷ 9 Tác nhân hệ dầu/nước 8 ÷ 13 Tác nhân chất tẩy rửa 13 ÷ 15 Tác nhân hòa tan 15 ÷ 18 Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Ngọc Phong – Công nghệ Hóa học 2007-2009 37 Năm 1949, dựa trên lý thuyết của các tác nhân tạo nhũ chứa các thành phần hòa tan trong dầu và phần hòa tan trong nước, Griffin đã đưa ra một phương pháp lựa chọn chất tạo nhũ hóa dựa trên giá trị cân bằng ưa nước–ưa dầu (giá trị HLB) [35]. Sự cân bằng giữa nhóm tan trong nước và tan trong dầu sẽ quyết định một chất hoạt động bề mặt cụ thể tan trong dầu hay tan trong nước và quyết định loại nhũ tương mà nó tham gia ổn định. Ông đã đưa ra một giải đo các giá trị HLB từ 0 ÷ 20 cho mỗi chất nhũ hóa. Từ 0 ÷ 9 là các chất ưa dầu còn từ 11 ÷ 20 là chất ưa nước. Bảng 2.3. Chỉ số HLB của một số chất hoạt động bề mặt Tên hóa học Loại Chỉ số HLB Axit oleic A 1,0 Sorbitan trioleate (Span 85) N 1,8 Sorbitan tristearate (Span 65) N 2,1 Glyceryl monostearate N 3,8 Sorbitan monooleate (Span 80) N 4,3 Sorbitan monostearate (Span 60) N 4,7 Dietylen glycol monolaurat N 6,0 Sorbitan monopalmitat N 6,7 Polyoxyetylen lauryl ete N 9,5 Polyoxyethylene sorbitan tristearate (Tween 65) N 10,5 Polyoxyethylene sorbitan trioleate (Tween 85) N 11,0 Sorbitol N 11,6 Trietanol oleat A 12,0 Polyoxyetylen alkyl phenol N 12,8 Polysorbate 60 (Tween 60) N 14,9 Polysorbate 80 (Tween 80) N 15,0 Polysorbate 40 (Tween 40) N 15,6 Polysorbate 20 (Tween 20) A 16,7 Natrioleat A 18,0 Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Ngọc Phong – Công nghệ Hóa học 2007-2009 38 Như vậy các chất có giá trị HLB càng nhỏ thì càng dễ hòa tan trong dầu và dễ hòa tan vào nước khi nó có giá trị HLB lớn. Bằng thục nghiệm, người ta đã xác định được các khoảng giá trị HLB và phạm vi áp dụng của các chất hoạt động bề mặt. ∗ Phương pháp cơ bản để xác định giá trị HLB là bằng thực nghiệm: Theo Griffin [35], giá trị chỉ số HLB của một chất nhũ hóa có thể được tính toán bằng các phương trình sau: - Đối với este của rượu đa chức và axit béo: HLB = 20( A S−1 ) Trong đó: S: là chỉ số xà phòng hóa của este A: là chỉ số trung hòa của axit béo - Đối với các dẫn xuất của dầu nhựa thông, sáp ong, rosin và lanolin: HLB = 5 PE + Trong đó: E: là % khối lượng của polyoxyetylen P: là % khối lượng của rượu đa chức - Đối với các chất nhũ hóa trong phần ưa nước chỉ gồm có các nhóm polyetylen, công thức có thể rút gọn: HLB = 5 E - Đối với hỗn hợp chất nhũ hóa, giả sử có hỗn hợp của hai chất nhũ hóa Avà B, trong đó chất nhũ hóa A có chỉ số HLBA chất nhũ hóa B có chỉ số HLBB thì chỉ số HLB chung trong hỗn hợp được tính theo công thức: B BA A hh BA +W .HLB W .HLBHLB = W + W Trong đó: WA và WB là % khối lượng của hai chất A và B - Đối với một chất hoạt động bề mặt có cấu trúc xác định, có thể tính giá trị HLB như sau: Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Ngọc Phong – Công nghệ Hóa học 2007-2009 39 HLB = 7 + ∑ (số nhóm ưa nước) - ∑ ( số nhóm kỵ nước) Ở đây ∑ ( số nhóm kỵ nước) thường bằng 0, 475n, trong đó n là số nhóm (- CH2-) Độ ổn định của nhũ tương liên quan đến độ phân tán giữa các pha trong nhũ tương. Không thể chỉ sử dụng chỉ số HLB để đánh giá độ ổn định của nhũ tương. Việc xác định giá trị HLB sẽ có ý nghĩa hơn khi đặt nó trong mỗi quan hệ với các yếu tố khác như tính chất của chất nhũ hóa, tỷ lệ thể tích pha, phương pháp chế tạo. 2.2.5. Các phương pháp chế tạo nhũ tương Việc chế tạo nhũ tương hiểu một cách đơn giản là phân tán pha phân tán vào pha liên tục nhờ tác dụng giảm sức căng bề mặt của chất nhũ hóa. Trong thực tế có những hệ được gọi là “ tự nhũ hóa” có nghĩa là chỉ cần có sự tiếp xúc của hai pha là có thể tự tạo thành nhũ tương. Tuy nhiên trong phạm vi đồ án này chỉ đề cập đến những hệ nhũ tương được tạo thành cưỡng bức bởi các lực cơ học. 2.2.5.1. Phương pháp ngưng tụ Khi chất lỏng A được hòa tan vào chất lỏng B trong trạng thái phân tử quá bão hòa, nhũ tương sẽ đạt được nếu trạng thái quá bão hòa này bị vỡ. Trạng thái quá bão hòa sẽ bị phá vỡ nếu nhiệt độ của dung dịch chứa chất tan A và dung môi B giảm xuống, khi đó độ tan của chất A cũng giảm theo, khi đó chất tan A sẽ kết tụ trong dung môi B ở dạng hạt phân tán rất nhỏ, và do đó một nhũ tương mờ đục sẽ hình thành. Nhũ tương cũng được hình thành tương tự như vậy bằng sự hòa tan của một thành phần thứ 3 vào dung môi B. Tuy nhiên phương pháp này không được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp như phương pháp phân tán. 2.2.5.2. Phương pháp phân tán cơ học Trong thực tế thường tạo nhũ bằng phương pháp phân tán, như sử dụng các máy khuấy trộn, cối xay keo. Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Ngọc Phong – Công nghệ Hóa học 2007-2009 40 Phương pháp phân tán để chế tạo nhũ tương được chia thành hai loại: Một là sự nhũ hóa tự nhiên, xảy ra đối với dầu có khả năng tự nhũ hóa hoặc hòa tan. Phương pháp thứ hai là sự nhũ hóa bắt buộc, trong đó nhũ tương hình thành nhờ các phương tiện cơ học. Trong sự phân tán tự nhiên, các hệ phân tán rất cao thu được rất khác biệt ở tính bền vững nhiệt động của nó so với các nhũ tương thông thường mà tính bền vững tập hợp chỉ có tính chất tạm thời. Tuy nhiên các hệ nhũ tương phân tán tự nhiên ít được sử dụng với số lượng lớn như các nhũ tương được chế tạo theo phương pháp phân tán bắt buộc. Trong phương pháp phân tán bắt buộc, có 3 loại thiết bị công nghệ chính được sử dụng như máy khuấy trộn, máy nghiền keo và thiết bị đồng nhất. Tùy theo mỗi loại thiết bị mà có những đặc tính phù hợp với mục đích sử dụng để chế tạo các loại nhũ tương khác nhau. Trong đó, máy khuấy trộn phù hợp cho công tác chế tạo các loại nhũ tương có độ nhớt thấp. Ở loại máy này có 3 kiểu cách khuấy: đó là cách khuấy hình cánh quạt, cánh dạng mái chèo chéo và cách khuấy dạng tuốcbin. Trong máy nghiền keo, tốc độ dịch chuyển của chất lỏng rất lớn vì được cho đi qua khe hẹp giữa roto và stato. Vì vậy các loại thiết bị này phù hợp cho việc chế tạo các loại nhũ tương đặc hơn, do sự phân tán tuyệt vời của thiết bị. Với thiết bị đồng nhất, chất lỏng buộc phải đi qua những lỗ rất nhỏ ở áp suất cao, do đó sẽ tạo ra những nhũ tương có kích thước hạt rất mịn. Thiết bị này phù hợp cho mục đích chế tạo nhũ tương có kích thước hạt phân tán nhỏ và đồng đều. Trong thực tế người ta thường chế tạo nhũ tương theo 2 bước, đầu tiên nhũ tương sẽ được chế tạo sơ bộ bằng máy khuấy trộn, sau đó tùy theo yêu cầu của từng loại sản phẩm mà tiếp tục cho đi qua máy nghiền keo hoặc thiết bị đồng nhất. 2.2.5.3. Phương pháp phân tán siêu âm Trong phương pháp này tốc độ dịch chuyển cao được tạo ra bằng cách đưa hỗn hợp các pha qua một vùng có sóng siêu âm. Năng lượng âm học có thể được phát ra Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Ngọc Phong – Công nghệ Hóa học 2007-2009 41 bởi thiết bị áp điện hoặc bởi một âm thanh cơ học, gây ra sự biến đổi nhanh về áp suất tạo ra độ dịch chuyển cao và sóng khá mạnh. 2.2.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chế tạo nhũ tương 2.2.6.1. Ảnh hưởng của việc chọn chất nhũ hóa Để chế tạo được một hệ nhũ tương bền vững, nhất thiết hệ phải có một chất nhũ hóa hay một hỗn hợp chất nhũ hóa nào đó. Vai trò của chất nhũ hóa ở đây là làm giảm sức căng bền bề mặt giữa hai pha và do đó hai chất lỏng dần dần được phân tán vào nhau một cách tự nhiên hoặc nhờ tác động của cơ học. Các chất họat động bề mặt đóng vai trò làm chất nhũ hóa rất phong phú và đa dạng, tuy nhiên trong công tác nghiên cứu và thực nghiệm việc chọn lựa được một chất hoặc hỗn hợp một chất nhũ hóa có khả năng ổn định cao cho từng loại nhũ tương là hết sức khó khăn [34]. Để tạo được hệ nhũ tương nghịch bền vững đối với nước - nhiên liệu diezel thì chất nhũ hóa tìm được phải có giá trị HLB thích hợp, theo Griffin chất nhũ hóa để ổn định nhũ tương nghịch phải có giá trị HLB nằm trong khoảng 3 ÷ 6. Hơn nữa, do diezel là một dạng nhiên liệu, vì vậy chất nhũ hóa được chọn phải không chứa kim loại để tránh ăn mòn động cơ sử dụng nhiên liệu nhũ tương này. Thỏa mãn điều kiện này thì chỉ có chất nhũ hóa không ion là đáp ứng được vì các chất nhũ hóa không ion không chứa thành phần kim loại. Đồng thời khi nghiên cứu tính chất của nhũ tương nghịch, nhiều tác giả đã đưa ra kết luận thực nghiệm quan trọng rằng các chất hoạt động bề mặt đơn lẻ thường là chất ổn định kém hiệu quả hơn so với hỗn hợp của chúng với các chất hoạt động bề mặt thuộc loại khác. Theo quan điểm của J.Suman và E.Cocbein [36] thì đó là kết quả của sự bó chặt hơn các chất tạo nhũ trong thành phần lớp do các nhóm phân cực có tích điện của chất hoạt động bề mặt với nhau và tạo nên cấu trúc bổ sung của lớp hấp phụ, do đó làm giảm sức căng bề mặt phân cách pha và sẽ hiệu quả hơn so với từng chất hoạt động bề mặt riêng lẻ. Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Ngọc Phong – Công nghệ Hóa học 2007-2009 42 Có thể kể ra hàng trăm chất tạo nhũ không ion được dùng để ổn định cho hệ nhũ tương nước - nhiên liệu diezel, thuộc loại này gồm có các monoglyxerit axit béo, các sorbitan este axit béoTuy nhiên việc lựa chọn một chất nhũ hóa cho hệ nhũ tương nước - nhiên liệu diesel, ngoài việc phải thỏa mãn điều kiện là tạo ra sản phẩm có độ ổn định cao, thì đồng thời phải thỏa mãn các điều kiện về chỉ tiêu, chất lượng nhiên liệu, tính dễ kiếm, sẵn có hoặc dễ dàng tổng hợp được. 2.2.6.2. Ảnh hưởng của nồng độ chất nhũ hóa Nồng độ chất nhũ hóa có ảnh hưởng lớn đến độ bền vững cho nhũ tương. Ở nồng độ rất thấp thì các phân tử chất nhũ hóa khi phân tán vào trong dung dịch không đủ để hình thành nên những mixen, hay nói cách khác là hàng rào năng lượng không đủ lớn để bao quanh giọt nhũ và do đó độ bền của nhũ tương không cao. Trái lại, khi nồng độ rất cao thì hầu như các phân tử chất nhũ hóa đều tạo mixen nhưng có thể gây ra hiện tượng đảo tướng nhũ tương. Đã có nhiều tác giả [9, 34] xác định bằng thực nghiệm rằng, nồng độ của chất tạo nhũ khi vượt qua một giới hạn nhất định nào đó cũng không làm cho chất lượng nhũ tương tốt lên bởi vì khi lớp hấp phụ đã bão hòa thì phần dư của nó sẽ tồn tại ở dạng hòa tan trong môi trường phân tán và không tham gia vào quá trình tạo nhũ. Như vậy, để chế tạo được một hệ nhũ tương bền vững thì việc xác định nồng độ tối ưu của chất nhũ hóa là hết sức cần thiết. Để xác định nồng độ tối ưu của của chất nhũ hóa thông thường người ta sử dụng phương pháp thực nghiệm. 2.2.6.3. Ảnh hưởng của thời gian khuấy trộn Dưới điều kiện nhũ hóa bình thường, thời gian khuấy trộn sẽ có ảnh hưởng tới kích thước trung bình của hạt nhũ, độ ổn định và độ nhớt của nhũ tương. Hơn nữa, việc kéo dài thời gian tạo nhũ đối với một số hệ nhũ tương có nồng độ phân tán lên tới 80% có thể gây đảo tướng nhũ tương. Vì vậy thời gian khuấy trộn phải được khảo sát kỹ. Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Ngọc Phong – Công nghệ Hóa học 2007-2009 43 2.2.6.4. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn Quá trình tạo nhũ sẽ đạt kết quả mong muốn khi người ta điều chỉnh được một tốc độ khuấy thích hợp. Khi tốc độ càng cao, nói chung sẽ tạo ra nhũ tương có kích thước hạt nhỏ và nhũ tương bền vững. Nhưng nếu tốc độ cao quá sẽ phá vỡ cấu trúc hạt nhũ. Ngược lại tốc độ thấp quá sẽ hạn chế khả năng phân tán của các giọt, kết quả là không hình thành lên giọt nhũ. 2.2.6.5. Ảnh hưởng của thứ tự cho các pha vào nhau Thứ tự cho các pha vào nhau là rất quan trọng trong quá trình chế tạo nhũ tương, nó là yếu tố xác định dạng của nhũ tương được tạo thành. Nếu như lúc đầu chúng ta cho từ từ pha dầu vào trong pha nước thì ban đầu lượng dầu bao giờ cũng nhỏ hơn lượng nước và sẽ tạo ra nhũ tương thuận trước tiên, điều đó trái với mong muốn của chúng ta. Như vậy để chế tạo được một hệ nhũ tương nước trong dầu thì phương pháp tốt nhất là cho từ từ pha nước vào trong pha dầu, ngay tại thời điểm đó nhũ tương nghịch sẽ được tạo ra. 2.2.6.6. Ảnh hưởng của tỉ lệ thể tích hai pha Tỉ lệ thể tích giữa pha phân tán và pha liên tục được gọi là tỉ lệ thể tích pha. Theo nghiên cứu của K.J.Lissant (1974) [14, 35] thì tỉ lệ này nếu nhỏ hơn 0,43 có nghĩa là thể tích pha phân tán chiếm dưới 30% tổng thể tích của hỗn hợp thì tính chất của hệ tuân theo tính chất của pha liên tục. Nói cách khác, trong việc chế tạo hệ nhũ tương nước - diezel thì hàm lượng nước tối đa đưa vào không nên quá 30% tổng thể tích của hệ. Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Ngọc Phong – Công nghệ Hóa học 2007-2009 44 CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 3.1. Hóa chất và dụng cụ 3.1.1. Hóa chất Các hóa chất được sủ dụng bao gồm nước cất, dầu diezel thương phẩm (Việt Nam), Glyxerol monostearat, Dietylen glycol monolaurat, Sorbitol (Trung Quốc), các chất hoạt động bề mặt Sorbitan, các chất hoạt động bề mặt Polysorbate (Trung Quốc), nước cất và một số hóa chất cần thiết khác. 3.1.2. Dụng cụ Dụng cụ bao gồm các cốc thủy tinh dung tích 100 ml, 250 ml, 300 ml; Hộp khuấy mẫu dung tích 500 ml; Các chai nhựa, hộp nhựa PE dung tích 300 ml; Các pipét 1 ml, 5 ml, 10 ml; Cân phân tích và một số dụng cụ cần thiết khác 3.2. Phương pháp chế tạo nhiên liệu nhũ tương 3.2.1. Thiết bị và quy trình chế tạo Nhũ tương được chế tạo bằng phương pháp phân tán cơ học. Thiết bị sử dụng là máy khuấy đũa cánh khuấy dạng tuôcbin. Tốc độ khuấy tối đa 6000 vòng/ phút. Hình 3.1. Máy khuấy đũa Hình 3.2. Cánh khuấy Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Ngọc Phong – Công nghệ Hóa học 2007-2009 45 Diezel Chất nhũ hóa ưa dầu Chất nhũ hóa ưa nước Pha liên tục Pha phân tán Phụ gia chứa oxy Máy khuấy Nhũ tương Nước Hỗn hợp nhiên liệu diezel, nước cất, chất nhũ hóa và các phụ gia được chuẩn bị rồi phân tán bằng máy khuấy. Quy trình chế tạo được thể hiện trên Hình 3.3. Hình 3.3. Quy trình chế tạo nhũ tương Chất nhũ hóa ưa dầu được chuẩn bị trước với nhiên liệu diezel thông thường, ngoài ra còn thêm chất phụ gia chứa oxy, phụ gia này hòa tan rất tốt vào dầu nhờ cấu trúc hóa học của nó, khuấy trộn tạo thành pha liên tục; chất nhũ hóa ưa nước chuẩn bị với nước. Rót từ từ pha phân tán vào pha liên tục (đã chứa sẵn trong bình khuấy) để tránh hiện tượng đảo pha. Nhũ tương được tạo thành nhờ việc khuấy trộn hai pha lên trên với nhau. Ban đầu khuấy chậm ,sau đó tăng dần tốc độ khuấy trong một thời gian cần thiết. Quá trình thực hiện ở nhiệt độ phòng. 3.2.2. Lựa chọn các thành phần cho hệ Để chế tạo được một hệ nhũ tương tốt theo yêu cầu, chúng ta phải tìm ra được hỗn hợp chất nhũ hóa và chất ổn định thích hợp. Đó phải là các chất nhũ hóa có giá trị HLB nằm trong khoảng từ 3 đến 6 [35], đây chính là khoảng giá trị tối ưu nhất để tạo thành nhũ tương nước trong dầu. Căn cứ vào khoảng HLB đó mà ta tìm ra tỉ lệ chất nhũ hóa / chất ổn định thích hợp, hơn nữa muốn cho quá trình tạo nhũ xảy ra nhanh chóng thì chất nhũ hóa phải là một chất dễ dàng tan trong dầu còn chất ổn định nhũ phải dễ dàng tan trong nước. Bên cạnh đó, muốn cho hệ nhũ tương ổn Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Ngọc Phong – Công nghệ Hóa học 2007-2009 46 định thì cấu trúc của các chất nhũ hóa và ổn định nhũ phải là những chất có cấu trúc hóa học cồng kềnh, nhiều mạch nhánh (đó phải là các hợp chất cao phân tử hay các oligome), do yếu tố ổn định hình học đã nói trong phần trước sẽ giúp cho các hạt nhũ không tập hợp, động tụ. Ngoài ra, nhũ tương nước - nhiên liệu diezel sẽ được sử dụng như là một nhiên liệu thông thường nên các chất nhũ hóa phải là các chất hoạt động bề mặt không chứa ion, tránh tạo cặn trong quá trình cháy. Nghiên cứu đưa thêm phụ gia chất oxy để tăng khả năng cháy và cháy sạch hơn của nhiên liệu. Các phụ gia này cũng cần phải đáp ứng yêu cầu làm ổn định nhũ tương. 3.3. Các phương pháp đánh giá chất lượng nhiên liệu nhũ tương 3.3.1. Thời gian ổn định của nhũ tương Thời gian ổn định của nhũ tương là thời gian từ lúc hình thành nhũ tương cho đến khi nhũ tương bị phá, đó là khi nhũ tương bị tách lớp. Để xác định độ ổn định của nhũ tương, phương pháp đơn giản nhất là theo dõi thời gian sa lắng và phân tách nước - dầu của nhũ tương. Nhũ tương sau khi được tạo ra, để trong một bình thủy tinh sạch đã được sấy khô, theo dõi thời gian khi nhũ tương từ lúc tạo ra cho đến khi có hiện tượng sa lắng, và đến khi có sự phân lớp thì nhũ tương đã hỏng. 3.3.2. Kích thước hạt Để xác định khả năng ổn định của nhũ tương người ta thường tiến hành xác định một số các thông số đặc trưng, trong đó kích thước hạt nhũ là một trong những thông số quan trọng. Nói chung có bốn phương pháp riêng rẽ để đạt được sự nghiên cứu về kích thước hạt của nhũ tương, đó là phương pháp quan sát bằng kính kiểu trực tiếp hoặc chụp ảnh, phương pháp phân tích sa lắng, phương pháp đo độ phân tán ánh sáng và bằng phương pháp đếm hạt dụng cụ. Ngoài ra gần đây còn có phương pháp phân tích giọt bằng nhiễu xạ laze. Việc xác định kích thước hạt bằng phương pháp nhiễu Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Ngọc Phong – Công nghệ Hóa học 2007-2009 47 xạ laze có rất nhiều ưu điểm như có thể đo được nhũng hạt có kích thước rất bé cỡ 0,01µm, thời gian đo nhanh, độ chính xác cao vì được xử lý ngay trên phần mềm của máy tính đi kèm. Vì vậy đây là phương pháp nghiên cứu nhũ tương hiện đại nhất hiện nay [6]. Cách đơn giản nhất để xác định kích thước hạt là sử dụng kính hiển vi. Các mẫu có thể được nghiên cứu theo một hoặc hai cách. ∗ Cách 1: Nhũ tương được pha loãng từ 20 đến 30 lần, một giọt nhũ tương được đặt lên một miếng kính có chỗ lõm ở giữa. Khoảng kích thước của các giọt được xác định bằng cách so sánh chúng với nhau. Người ta kiểm tra các giọt nhũ tương bằng cách này cho đến khi ít nhất 500 giọt được phân lập (tốt nhất là khoảng 2000 giọt). Có thể chụp ảnh để nghiên cứu chúng dễ hơn. Nếu một lăng kính được gắn với thị kính thì hình ảnh có thể được chiếu lên màn ảnh, đó là phương tiện thay thế độ phóng đại lớn hơn. ∗ Cách 2: Nhũ tương được pha loãng hơn nhiều thường vào khoảng 100 lần. Một giọt của một mẫu pha loãng được đưa vào dụng cụ xác định kích thước tế bào mẫu và số lượng giọt được xác định - tổng số giọt không quá 500 giọt. Từ công thức: N = 6φ/π.D3m Trong đó: φ: Phần tử của pha phân tán N: số giọt/cm3 Dm: Đường kính trung bình của giọt. Có thể đạt được kết quả tương đối chính xác nếu kết hợp cả hai phương pháp, tuy nhiên trong phương pháp thứ 2 việc tính toán tất cả các hạt là tương đối khó. Khi độ nhớt của pha phân tán thấp, chuyển động Brown của các giọt có thể giảm bớt bằng cách pha mẫu với Glyxerin và một số Povalcol nhớt. Luận văn thạc sĩ khoa học Mai Ngọc Phong – Công nghệ Hóa học 2007-2009 48 Nhiều phương pháp cơ học đã được thử nghiệm để giảm hoặc trừ công việc đếm bằng mắt. Một trong những nguyên tắc này là dựa trên nguyên tắc sử dụng kính hiển vi nhân đôi hình ảnh. Kính hiển vi được ghép với một dụng cụ tách tia giữa thị kính và tiêu điểm để cho hai hình ảnh của mỗi giọt được hiển thị. Một bàn soi quay do các hình ảnh được tách riêng hoặc dịch chuyển. Ban đầu, hai hình ảnh được trùng khít nhau. Nếu có sự dịch chuyển nhỏ ta thấy hình ảnh có màu xám, trừ phần chúng trùng lên nhau có màu tối hơn. Việc vận hành thiết bị cho phép chúng ta chọn trước tỷ lệ dịch chuyển. Mỗi giọt được xếp vào khoảng kích thước thích hợp khi phần chồng lên nhau của các hình ảnh nhân đôi trở thành riêng biệt. Bản ghi được sắp xếp này được đưa vào 10 máy đếm điện tử. Phương pháp này có thể đếm được 600 giọt trong vòng 10 phút. Có thể kiểm tra lại các kết quả qua cách kiểm tra ảnh chụp và các giọt được chia làm 10 khoảng kích thước bằng cách sử dụng bảng mẫu có 10 lỗ có kích thước khác nhau. 3.3.3. Phương pháp đánh giá theo các chỉ tiêu của nhiên liệu Nhiên liệu nhũ tương sau khi chế tạo tiến hành đo các chỉ tiêu đặc trưng của nó như: nhiệt độ cất 50% và 90%, tỷ trọng, trị số xetan, độ nhớt động học ở 40 ˚C, nhiệt trị, ăn mòn mảnh đồng ở 50 ˚C trong 3h, nhiệt độ chớp cháySau đó so sánh với các chỉ tiêu của nhiên liệu diezel thông thường từ đó ta có thể đánh giá được chất lượng, ưu - nhược điểm của nhiên liệu nhũ tương. Các chỉ tiêu được công bố trên TCVN 5689:2005, các