Tổng quan
Dầu thủy lực
Dầu thủy lực, hay chất lỏng thủy lực, là thành phần thiết yếu trong các hệ thống thủy lực, giúp truyền và điều hòa năng lượng qua hệ thống kín Dầu hoạt động dưới áp lực và trong điều kiện động, đảm bảo hiệu suất cao cho các thiết bị truyền động Những ứng dụng phổ biến của hệ thống này bao gồm việc khuyếch đại lực và đảm bảo hoạt động chính xác, tin cậy, với hệ thống phanh thủy lực là một trong những ví dụ điển hình.
Dầu thủy lực là một loại chất lỏng quan trọng trong hệ thống năng lượng, không chỉ giúp giảm ma sát và chống mài mòn cho các chi tiết mà còn được gọi là chất lỏng thủy lực Đây là một trong những nhóm dầu công nghiệp thiết yếu, được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong máy công cụ và cơ cấu lái Ngoài ra, chất lỏng thủy lực còn đóng vai trò quan trọng trong các phương tiện vận tải đường bộ, đường thủy, máy bay và hệ thống phanh.
I.1.2 Yêu cầu cơ bản của dầu thủy lực Để truyền lực một cách hiệu quả, chất lỏng thủy lực phải có đặc tính chịu nén tốt, có khả năng bôi trơn trong các bộ phận chuyển động của hệ thống thủy lực Trong thực tế, dầu gốc dầu mỏ (dầu khoáng) có thể đáp ứng được các yêu cầu bôi trơn trên, nếu được pha thêm phụ gia có các chất liệu phù hợp, dầu khoáng sẽ là loại dầu nhờn thủy lực lý tưởng Đặc tính chống mài mòn của dầu thủy lực đóng vai trò quan trọng nhất khi áp suất hệ tăng lên Về mặt này, bơm trong thủy lực giữ vai trò đặc biệt quan trọng Có 3 loại bơm chính: Bơm răng khia, bơm cánh trượt và bơm pittong, chúng có yêu cầu khác nhau về tính chống mài mòn Trong bơm cánh trượt, điểm tiếp xúc quan trọng nhất là điểm tiếp xúc giữa đầu của cánh trượt bằng thép với vỏ bơm bằng thép, trong khi ở bơm pittong, sự mài mòn ở các tải trọng cao do sự tiếp xúc giữa các kim loại và thép: giữa các khớp nối của các guốc làm bằng crom lên pittong thép Đối với các bơm răng khía, kích thước của các bánh răng rất khác nhau và có tải trọng trung bình, vì vậy yêu cầu về tính chống mài mòn của dầu không phải vấn đề quan trọng nếu chọn được loại dầu có độ nhớt thích hợp
Các đặc tính quan trọng trong khác của chất lỏng thủy lực:
- Tính bền oxy hóa: rất quan trọng đối với xu hướng tăng nhiệt độ của khối dầu sử dụng trong hệ thủy lực
- Tính bền nhiệt: chống sự tự phá hủy dưới tác dụng nhiệt và xúc tác là bề mặt kim loại tiếp xúc
- Tính chống ăn mòn: để tránh tác dụng có hại đối với các kim loại trong hệ thủy lực
- Tính có thể lọc được: để tránh hiện tượng tắc bầu lọc cặc do cặn lắng hình thành vì phản ứng với nước trong dầu
- Tính tách nước: để tránh hiện tượng tạo nhũ khi 1 lượng nước nhỏ lọt vào hệ thống ngưng tụ
- Tính chống tạo bọt và thoát khí: để tránh tác động của bọt khí và bảo đảm chịu nén tốt
Khả năng tương hợp là yếu tố quan trọng để ngăn chặn độ trương nở và các tác động tiêu cực lên vật liệu gioăng, do đó phốt thường được sử dụng trong hệ thống thủy lực.
Sự khác biệt chính giữa dầu khoáng thủy lực và các loại dầu khác nằm ở sự cân bằng giữa khả năng chống mài mòn và khả năng chống ăn mòn, bền nhiệt Để hoạt động hiệu quả trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt, cần sử dụng dầu có độ nhớt từ các hợp chất cao phân tử Những polymer này rất phù hợp cho hệ thống thủy lực của máy công cụ, vì chúng giúp duy trì nhiệt độ nhớt ổn định trong suốt quá trình làm việc.
Việc chọn lựa chất lỏng bôi trơn phù hợp phụ thuộc vào loại bơm, thiết kế hệ thống, điều kiện hoạt động và yếu tố môi trường Chất lỏng thủy lực cần hoạt động hiệu quả trong khoảng nhiệt độ rộng và có tính nhớt nhiệt tốt, nghĩa là độ nhớt không thay đổi nhiều khi nhiệt độ thay đổi Để đáp ứng yêu cầu này, cần sử dụng loại dầu có chỉ số độ nhớt cao hơn so với dầu nhờn gốc mỏ thông thường Các đặc tính cơ bản của chất lỏng thủy lực bao gồm tỷ trọng, độ nhớt, chỉ số độ nhớt, mối liên hệ giữa độ nhớt với áp suất, nhiệt độ bắt cháy, khả năng nén, khả năng tạo bọt, tính chống ăn mòn, ổn định oxy hóa nhiệt, chỉ số axit và điểm anilin, đều rất quan trọng để xác định tính chất lý hóa và hiệu suất sử dụng của nó.
Tỉ trọng có ảnh hưởng lớn đến độ nhớt và độ nén, từ đó tác động đến công suất truyền thủy lực và xác định năng lượng dự trữ tổng của dầu nhờn trong hệ tuần hoàn Việc sử dụng dầu nhờn có tỉ trọng cao giúp giảm kích thước của hệ truyền động thủy lực mà vẫn duy trì hiệu suất công suất.
Độ nhớt và tính nhớt nhiệt của dầu có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất sử dụng của hệ thống thủy lực Khi nhiệt độ khởi động thấp, dầu cần có độ nhớt thấp, trong khi ở nhiệt độ làm việc cao, độ nhớt phải đủ để đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống mà không gây chảy quá mạnh Để duy trì hiệu quả hoạt động bền vững, độ nhớt của dầu nên nằm trong khoảng 12-100 mm²/s Nhiệt độ tối đa cho phép là mức mà hiệu suất hệ thủy lực đạt 75% so với định mức, trong khi nhiệt độ tối thiểu là mức mà dầu vẫn có thể tuần hoàn dưới áp suất bơm với công suất không dưới 30% định mức Giới hạn nhiệt độ làm việc của dầu là khi độ nhớt không nhỏ hơn 100 mm²/s, và ở nhiệt độ âm, độ nhớt không vượt quá 3000-7000 mm²/s, tùy thuộc vào cấu trúc bơm và hệ thủy lực.
Chỉ số độ nhớt của dầu thủy lực là yếu tố quan trọng phản ánh tính chất nhiệt của nó Một chỉ số từ 80 trở lên cho thấy dầu có tính nhớt nhiệt tốt, trong khi chỉ số từ 50-60 cho thấy dầu thuộc loại có độ nhớt cao và không đạt yêu cầu Độ nhớt của dầu thủy lực có thể dao động từ 110 đến 300, và dưới áp suất cao, độ nhớt có thể tăng đến mức khiến dầu mất đi tính chất lỏng, trở thành thể dẻo Tuy nhiên, khi điều kiện ban đầu trở lại, dầu sẽ phục hồi độ nhớt như ban đầu.
Độ bền nhớt là khả năng duy trì độ nhớt của dầu quánh khi chịu áp lực trong hệ thủy lực, với chỉ số độ nhớt phụ thuộc vào tỷ lệ phụ gia trong dầu Độ nhớt bền cho phép dầu thủy lực giảm khoảng 5-20% so với độ nhớt ban đầu ở 50°C, tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng.
Đối với dầu nhờn có chỉ số độ nhớt cao, nhiệt độ làm việc của hệ thống thủy lực cần phải cao hơn nhiệt độ đông đặc của dầu ít nhất 10 độ C Khi hệ thống thủy lực hoạt động ở nhiệt độ âm, cần xác định nhiệt độ làm việc dựa trên độ nhớt lớn nhất của dầu để đảm bảo dầu có thể bơm qua ống dẫn một cách hiệu quả.
Độ nén là một tính chất quan trọng của chất lỏng thủy lực, ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống Để đảm bảo hiệu suất, chất lỏng cần có độ nén thấp, thường được thể hiện qua môđun co dãn Chỉ khi áp suất vượt quá 4.10^3 N/m^2, thể tích của chất lỏng khoáng mới giảm từ 15-20% Chất lỏng silic thường có độ nén cao hơn.
Tính chống tạo bọt của chất lỏng thể hiện khả năng đẩy không khí mà không tạo bọt Trong các chất lỏng thủy lực khoáng tiếp xúc với không khí ở nhiệt độ bình thường, thường chứa 8-9% không khí hòa tan Sự hiện diện của không khí dạng bọt làm cho chất lỏng bị nén, dẫn đến giảm hiệu suất của hệ thống truyền động thủy lực.
Khi dầu nhờn tiếp xúc với không khí, hiện tượng tạo bọt có thể xảy ra, dẫn đến tăng quá trình oxy hóa và độ chảy của dầu, đặc biệt trong hệ thủy lực Để khắc phục tình trạng này, hầu hết các loại dầu nhờn thủy lực đều được bổ sung phụ gia chống tạo bọt, giúp phá vỡ các bong bóng khí trên bề mặt và ngăn chặn sự hình thành bọt.
Tính chống tạo nhũ là khả năng của dầu nhờn trong việc làm lắng nhanh nước lẫn vào dầu, và tất cả các loại dầu thủy lực sử dụng trong điều kiện có nước đều cần có tính năng này Khi dầu nhờn bị lẫn nước mà không có tính chống tạo nhũ, sẽ hình thành nhũ tương nước-dầu bền vững, dẫn đến giảm độ nhớt, giảm khả năng chống ma sát và tăng nhiệt độ đông đặc Để cải thiện tính chống tạo nhũ, có thể pha thêm các phụ gia đặc biệt vào dầu.
Nhũ tương
Lý thuyết nhũ tương, mặc dù phát triển một cách ngẫu nhiên, là một phần quan trọng trong lý thuyết hóa keo, xuất phát từ công nghệ chế biến sữa lâu đời Các điều kiện hình thành nhũ tương tương tự như những điều kiện cần thiết để tạo ra hệ keo với pha phân tán trong môi trường lỏng Độ bền của nhũ tương sẽ cao hơn khi khối lượng riêng của hai pha phân tán gần nhau.
Nhũ tương là hệ phân tán của hai chất lỏng không hòa tan, trong đó thể trong là các giọt nhỏ phân tán trong thể ngoài Tùy thuộc vào môi trường chất phân tán, nhũ tương được phân loại thành nhũ tương nước trong dầu hoặc dầu trong nước.
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 phân loại dầu, nhũ tương được chia thành hai loại chính: nhũ tương thuận (loại 1), là nhũ tương chất lỏng không phân cực trong chất lỏng phân cực, ví dụ như nhũ tương dầu trong nước; và nhũ tương nghịch (loại 2), là nhũ tương chất lỏng phân cực trong chất lỏng không phân cực, chẳng hạn như nhũ tương nước dầu.
+ Nhũ tương loại một thường được kí hiệu D/N: pha phân tán là dầu còn pha liên tục là nước
+ Nhũ tương loại hai thường được kí hiệu N/D: pha phân tán là nước còn pha liên tục là dầu
+ Theo cách phân chia thứ hai: Nhũ tương được chia thành dạng nhũ tương loãng, đậm dặc, rất đậm đặc
Nhũ tương loãng là loại nhũ tương có độ pha phân tán 0,1% Một ví dụ điển hình cho nhũ tương này là nhũ tương dầu máy trong nước, được hình thành khi máy hơi nước hoạt động.
Các hạt nhũ tương loãng có kích thước nhỏ hơn so với các nhũ tương đặc và đậm đặc, với đường kính khoảng 10 -5 cm, gần bằng kích thước hạt chất nhũ hóa Độ linh động của các hạt này được xác định bởi sự hấp phụ các ion từ các lớp điện ly vô cơ trong môi trường, thậm chí với lượng rất nhỏ Khi không có các chất điện ly lạ, bề mặt của các hạt nhũ tương chủ yếu do sự hấp phụ của các ion hydroxyl hoặc hydro từ nước, nhờ vào sự ion hóa của các phân tử nước.
Nhũ tương đậm đặc là hệ phân tán lỏng – lỏng với lượng pha phân tán lớn, lên tới 74% thể tích Đây là nồng độ cực đại cho nhũ tương đậm đặc, tương ứng với thể tích cao nhất của các giọt hình cầu không bị biến dạng, bất kể kích thước hạt Đối với nhũ tương pha phân tán, giới hạn này mang tính quy ước, cho phép các giọt nhỏ di chuyển giữa các giọt lớn.
Nhũ tương đậm đặc được chế tạo bằng phương pháp phân tán, với kích thước hạt thường từ 0,1 đến 1 micromet hoặc lớn hơn Các hạt trong hệ thống này có thể quan sát được dưới kính hiển vi thông thường và được phân loại là hệ vi dị thể Đặc biệt, các giọt nhũ tương đậm đặc có chuyển động Brown, và chuyển động này càng mạnh mẽ hơn khi kích thước giọt nhỏ.
Nhũ tương đậm đặc dễ bị sa lắng, đặc biệt khi có sự khác biệt lớn về khối lượng riêng giữa pha phân tán và môi trường phân tán Nếu khối lượng riêng của pha phân tán nhỏ hơn, hiện tượng sa lắng ngược sẽ xảy ra, khiến các giọt nổi lên trên bề mặt Độ bền vững của nhũ tương đậm đặc phụ thuộc vào nhiều yếu tố, đặc biệt là bản chất của quá trình nhũ hóa Do đó, việc xác định loại nhũ hóa sử dụng trong chế tạo nhũ tương là cần thiết để nghiên cứu nguyên nhân ảnh hưởng đến tính bền vững của chúng.
Nhũ tương rất đậm đặc là các hệ lỏng – lỏng với độ chứa của pha phân tán vượt quá 74% thể tích Đặc điểm nổi bật của nhũ tương này là sự biến dạng tương hỗ giữa các giọt của pha phân tán, tạo ra hình dạng đa diện và được ngăn cách bởi màng mỏng của môi trường phân tán Nhờ vào sự sắp xếp chặt chẽ của các giọt, nhũ tương đậm đặc không có khả năng sa lắng và mang tính chất giống như gel.
Nhũ tương có thể được chế tạo với độ chứa lớn về thể tích của pha phân tán và độ chứa nhỏ của môi trường phân tán Dung dịch chất nhũ hóa hình thành màng mỏng giữa các hạt pha phân tán, với độ dày có thể đạt tới 100Å hoặc nhỏ hơn, tùy thuộc vào bản chất của chất nhũ hóa Tuy nhiên, khi nồng độ nhũ tương tăng cao, độ bền vững của hệ sẽ bị ảnh hưởng Đặc biệt, tính chất cơ học của nhũ tương rất đậm đặc sẽ cao hơn khi nồng độ nhũ tương lớn.
I.2.3 Các tác nhân tạo nhũ
Các tác nhân tạo nhũ đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định nhũ tương Gần đây, một số tác nhân tạo nhũ mới đã được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp.
* 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
Sự phân chia các chất hoạt động bề mặt là ước lệ và phụ thuộc vào cách phân loại của người nghiên cứu, vì những chất này có mặt tự nhiên trong môi trường.
Sự phân chia này đã chỉ ra rằng nhóm thứ nhất chứa các chất tẩy rửa tổng hợp, trong khi nhóm thứ hai bao gồm các vật liệu như alginat, gốc xenlulo, các chất lỏng và sterol Nhóm thứ ba chỉ được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.
+) Các keo anion ưa nước b Cationic
+) Hợp chất có 4 nhóm amoni
+) Các bazơ không có nitơ c Các chất trung tính
Phân loại theo tính chất của chất hoạt động bề mặt
- Các hợp chất chính có sẵn trong tự nhiên đưa ra: alginat, các chất có nguồn gốc xenlulo, các keo không tan trong nước, các chất béo
Các chất rắn có thể phân chia và phân tán nhỏ chỉ có một số lượng hạn chế các hợp chất có khả năng hoạt động như tác nhân nhũ hóa.
- Các tác nhân nhũ hóa bằng chất hoạt động bề mặt
I.2.4 Cách nhận biết nhũ tương dầu nước và nhũ tương nước dầu
Nhũ tương được xác định bằng cách xác định tính chất của pha ngoài như sau:
- Xác định khả năng thấm ướt của nhũ bề mặt ghét nước
- Thử khả năng hòa tan của nước vào nhũ tương
- Thêm vào nhũ tương 1 chất màu có thể hòa tan vào môi trường phân tán và nhuộm màu môi trường ấy
- Xác định độ dẫn điện của nhũ tương
Nếu nhũ không thấm ướt bề mặt ghét nước và có khả năng hòa tan vào nước, thì khi thêm chất màu hòa tan, nhũ sẽ bị nhuộm màu Nếu nhũ có độ dẫn điện cao, thì nó thuộc loại dầu/nước.
Lauryn sunfat
I.3.1 Nguồn gốc và đặc điểm cấu tạo
Lauryl sulfate được sản xuất thông qua quá trình ethoxylation của rượu dodecyl, sau đó các ethoxylate được chuyển đổi thành este của acid sulfuric Sodium lauryl sulfate (SLS), hay còn gọi là sodium dodecyl sulfate, được tạo ra tương tự nhưng không trải qua quá trình ethoxylation Ngoài ra, lauryl sulfate ammonium (ALS) thường được sử dụng như một lựa chọn thay thế trong các sản phẩm tiêu dùng.
Lauryl sulfate là một chất tẩy rửa và chất hoạt động bề mặt phổ biến trong nhiều sản phẩm chăm sóc cá nhân như xà phòng, dầu gội đầu và kem đánh răng Nó được biết đến với khả năng tạo bọt hiệu quả, giúp làm sạch và mang lại cảm giác tươi mới cho người sử dụng.
Công thức hóa học của hợp chất này là CH3(CH2)10CH2(OCH2CH2)nOSO3-, với số đại diện n thường được chỉ định trong tên, như trong trường hợp lauryl-2 sulfate Các sản phẩm thương mại của hợp chất này có sự không đồng nhất giữa các nhóm ethoxyl, với giá trị trung bình của n thường là 3 cho các sản phẩm thương mại.
Hình 1: Cấu trúc không gian của Lauryn sunfat I.3.2 Độc tính và công dụng
Lauryl sulfate là một chất kích thích tương tự như các loại chất tẩy rửa, có khả năng làm tăng nồng độ kích thích Nghiên cứu cho thấy lauryl sulfate có thể gây kích ứng da ở động vật thí nghiệm và một số thử nghiệm trên con người Ngoài ra, laureth sulfate cũng được biết đến là một chất kích thích có thể gây ra phản ứng kích ứng sau khi tiếp xúc lâu dài ở một số người.
Laurylsulfate là một chất hoạt động bề mặt quan trọng, thường được sử dụng trong các sản phẩm chăm sóc cá nhân như xà phòng, dầu gội đầu và kem đánh răng Chất này nổi bật với khả năng tạo bọt hiệu quả, giúp làm sạch và mang lại cảm giác tươi mới cho người sử dụng.
Chất hoạt động bề mặt, như lauryl sulfate, giảm sức căng bề mặt của nước bằng cách hấp phụ lên bề mặt pha lỏng Quá trình này tạo ra một chất hấp phụ hydrat hóa mạnh mẽ, hình thành áp suất giúp các hạt dầu duy trì độ bền vững cao, ngăn cản sự kết dính của chúng.
Lauryl sulfate chứa các nhóm có cực như sulfonat và etoxysulfat gắn vào chuỗi hydrocarbon Những nhóm này mang điện âm, liên kết yếu với các ion như sắt, magiê và canxi trong nước, giúp duy trì hiệu quả hoạt động của nó.
CMC
1.4.1 Nguồn gốc và cấu tạo
CMC (carboxymethyl cellulose), một dẫn xuất của cellulose với acid chloroacetic, lần đầu tiên được sản xuất vào năm 1918 Kể từ khi Hercules Incorporated giới thiệu thương mại CMC tại Hoa Kỳ vào năm 1946, nó đã trở thành một thành phần quan trọng trong nhiều lĩnh vực nhờ các chức năng như chất làm đặc, ổn định nhũ tương và chất kết dính.
CMC bán tinh khiết và tinh khiết đều được sử dụng trong dược phẩm, mỹ phẩm, thực phẩm và chất tẩy rửa,…
Carboxymethyl cellulose (CMC) là một polymer, là dẫn xuất của cellulose, trong đó các nhóm carboxymethyl (-CH2COOH) liên kết với một số nhóm hydroxyl của các monomer glucopyranose, tạo thành khung cellulose CMC thường được sử dụng dưới dạng muối natri carboxymethyl cellulose.
Dạng natri carboxymethyl cellulose có công thức phân tử là: [C6H7O2(OH)x(OCH2COONa)y]n
Trong nghiên cứu này, mức độ trùng hợp được ký hiệu là n, trong khi mức độ thay thế được ký hiệu là y Giá trị của x dao động từ 1.50 đến 2.80, và y từ 0.20 đến 1.50, với tổng x + y bằng 3.0 Cụ thể, đơn vị cấu trúc có mức độ thay thế 0.20 đạt 178.14 đvC, trong khi đơn vị cấu trúc với mức độ thay thế 1.50 đạt 282.18 đvC.
Phân tử kích thước lớn khoảng 17,000 đvC (n khoảng 100)
Hình 2: Cấu trúc không gian của Carboxymethyl cellulose (CMC)
Là chế phẩm ở dạng bột trắng, hơi vàng, hầu như không mùi hạt hút ẩm CMC tạo dung dịch dạng keo với nước, không hòa tan trong ethanol
Phân tử ngắn hơn so với cenllulose
Dể tan trong nước và rượu
Dùng trong thực phẩm với liều lượng 0,5-0,75%
Cả dạng muối và acid đều là tác nhân tạo đông tốt
Tạo khối đông với độ ẩm cao (98%)
Độ chắc và độ tạo đông còn phụ thuộc vào hàm lượng acetat nhôm
Hầu hết các CMC tan nhanh trong nước lạnh
Giữ nước ở bất cứ nhiệt độ nào
Chất ổn định nhũ tương, sử dụng để kiểm soát độ nhớt mà không gel
Chất làm đặc và chất ổn định nhũ tương
CMC được sử dụng như chất kết dính khuôn mẫu cho các cải tiến dẻo
Là một chất kết dính và ổn định, hiệu lực phân tán đặc biệt cao khi tác dụng trên các chất màu
Độ tan và nhiệt độ: Phụ thuộc vào giá trị DS tức là mức độ thay thế, giá trị
DS có độ hòa tan thấp và nhiệt độ tạo kết tủa thấp do sự cản trở trong quá trình hòa tan Để hòa tan, trước tiên cần trộn bột trong nước nóng để các hạt cellulose methyl được phân tán Khi nhiệt độ giảm, việc khuấy sẽ giúp các hạt này tan ra Các dẫn xuất dưới 0.4 CMC không hòa tan trong nước.
Độ nhớt của CMC dẫn xuất 0.95 với nồng độ tối thiểu 2% đạt 25Mpa tại 25°C CMC là anion polymer mạch thẳng, tạo ra dung dịch giả với pH 1% thường nằm trong khoảng 7 – 8,5 Độ nhớt tăng khi pH < 3 và có thể dẫn đến kết tủa, do đó không thích hợp cho sản phẩm có pH thấp Ở pH > 7, độ nhớt giảm nhẹ Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến độ nhớt của CMC, với độ nhớt giảm khi nhiệt độ tăng Ngoài ra, các ion kim loại cũng tác động đến độ nhớt: cation hóa trị 1 ít ảnh hưởng (trừ Agar+), cation hóa trị 2 như Ca2+ và Mg2+ làm giảm độ nhớt, trong khi cation hóa trị 3 như Al3+, Cr3+, và Fe3+ có thể tạo gel.
CMC có khả năng tạo đông thành khối vững chắc với độ ẩm lên đến 98% Độ chắc và tốc độ đông của CMC phụ thuộc vào nồng độ của nó, độ nhớt của dung dịch, và lượng nhóm acetat được thêm vào Nồng độ tối thiểu cần thiết để CMC tạo đông là 0.2%, trong khi nồng độ nhóm acetat tối thiểu là 7% so với CMC.
Sắt (Fe)
Sắt là nguyên tố kim loại phổ biến, đứng thứ tư về hàm lượng trong vỏ trái đất, chiếm 1,5% khối lượng của vỏ trái đất Nhiều nghiên cứu cho rằng nhân của trái đất chủ yếu được cấu thành từ sắt và niken.
Sắt có 4 động vị: 54 Fe (5,8%), 56 Fe (91,8%), 57 Fe (2,15%), 58 Fe ( 0,25%)
Số thứ tự: 26 Khối lượng nguyên tử: 55,847
- Cấu hình electron: [Ar] 3d 6 4s 2 Bán kính nguyên tử (Å): 1,26
- Độ âm điện theo Pauling: 1,83
- Nhiệt độ nóng chảy ( 0 C): 1538.Nhiệt độ sôi 2880 ( 0 C),
- Năng lượng Ion hóa I1 = 7,9 eV, I2 = 16,18eV, I3 = 30,63 eV
- Màu trắng hơi xám, dẻo, dễ rèn, dễ dát mỏng, kéo sợi; dẫn nhiệt và dẫn điện kém đồng và nhôm
- Sắt có tính nhiễm từ nhưng ở nhiệt độ cao (800 0 C) sắt mất từ tính T 0 nc 1540 0 C
Là kim loại phổ biến sau nhôm, tồn tại chủ yếu ở các dạng:
- Hợp chất: oxit, sunfua, silicat
- Quặng: hematit đỏ (Fe 2 O 3 khan), hematit nâu (Fe 2 O 3 nH 2 O), manhetit (Fe3O4), xiđerit (FeCO 3 ) và pirit (FeS 2 )
Sắt là kim loại có hoạt tính hóa học trung bình, không phản ứng với các nguyên tố phi kim như oxy, lưu huỳnh, clo và brom ở điều kiện thường không có hơi ẩm nhờ vào lớp oxit bảo vệ Khi được đun nóng, sắt có thể phản ứng với hầu hết các phi kim Sắt tinh khiết có độ bền cao trong không khí và nước, trong khi sắt chứa tạp chất dễ bị ăn mòn bởi hơi ẩm, khí carbonic và oxy trong không khí, dẫn đến hiện tượng gỉ sắt.
Sắt phản ứng với hầu hết các phi kim khi được đun nóng, đặc biệt là với những phi kim có tính oxi hóa mạnh như ôxi và clo Khi đó, sắt sẽ tạo ra các hợp chất trong đó số oxi hóa của sắt đạt mức +3.
3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4 Đối với các phi kim yếu hơn như lưu hùynh, tạo thành hợp chất trong đó sắt có số oxi hóa +2
Kết luận: tùy từng phi kim, sắt có thể bị oxi hóa thành Fe 2+ hoặc Fe 3+
Tác dụng với axit a Với H + (HCl, H2SO4 loãng ) → muối sắt (II) + H2
Fe + H 2 SO 4 loãng → FeSO 4 + H 2 b Tác dụng với các axit có tính oxi hóa mạnh (HNO3, H2SO4 đậm đặc)
- Fe thụ động với H2SO4 đặc nguội và HNO3 đặc nguội → có thể dùng thùng Fe chuyên chở axit HNO3 đặc nguội và H2SO4 đặc nguội
- Với dung dịch HNO3 loãng → muối sắt (III) + NO + H2O:
Fe + 4HNO 3 loãng → Fe(NO 3 ) 3 + NO + 2H 2 O
- Với dung dịch HNO3 đậm đặc → muối sắt (III) + NO2 + H2O:
Fe + 6HNO 3 → Fe(NO 3 ) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O
- Với dung dịch H 2 SO 4 đậm đặc và nóng → muối sắt (III) + H 2 O + SO 2 : 2Fe+ 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Fe không tác dụng với nước ở nhiệt độ thường, ở nhiệt độ cao, sắt phản ứng mạnh với hơi nước:
Tác dụng với dụng dịch muối
Fe đẩy được những kim loại yếu hơn ra khỏi muối → muối sắt (II) + kim loại
Fe tham gia phản ứng với muối Fe 3+ → muối sắt (II):
Chú ý: Với muối Ag + , Fe có thể tham gia phản ứng để tạo thành muối
Fe + 2AgNO 3 → Fe(NO 3 ) 2 + 2Ag
Fe(NO 3 ) 2 + AgNO 3 dư → Fe(NO 3 ) 3 + Ag
Hiện trạng và tác hại của dầu thủy lực với môi trường con người [6]
I.6.1 Hiện trạng dầu thủy lực tại Việt Nam
Trong bối cảnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, hàng năm, Việt Nam đưa vào sử dụng hàng triệu động cơ, phương tiện giao thông và thiết bị công nghiệp Sự phát triển của hàng loạt nhà máy, khu công nghiệp và phân xưởng công nghệ đã dẫn đến việc áp dụng nhiều quy trình kỹ thuật, trong đó có việc tiêu thụ một lượng lớn dầu thủy lực.
Dầu thủy lực là một yếu tố quan trọng trong nhiều loại động cơ và thiết bị máy móc Sự gia tăng sử dụng dầu thủy lực hàng năm dẫn đến việc phát sinh một lượng lớn dầu thải, đặt ra thách thức về môi trường và cần có giải pháp xử lý hiệu quả.
Tính đến ngày 30/10/2017, Việt Nam đã ghi nhận 1.868.455 ôtô và 33.754.353 môtô, xe máy Theo ước tính của Bộ Thủy sản, cả nước có khoảng 100.000 tàu thuyền, trong đó Đà Nẵng có hơn 2.000 tàu với công suất từ trên 90 đến dưới 20 sức ngựa Năm 2017, 23 đơn vị thuộc Tập đoàn Điện lực Việt Nam đã bán hơn 500.000 lít dầu biến thế chứa chất PCBs nguy hại ra ngoài thị trường Với trung bình mỗi động cơ sử dụng 5-10 lít dầu nhớt mỗi năm, việc sử dụng hợp lý và tiết kiệm dầu thủy lực trở nên vô cùng quan trọng trong bối cảnh số lượng phương tiện giao thông lớn như hiện nay.
Tái sinh dầu thủy lực thải không chỉ mang lại hiệu quả kinh tế cao mà còn góp phần bảo vệ môi trường Việc tái sử dụng lượng lớn dầu thải này có thể giúp giảm giá thành dầu tái sinh từ 40 đến 70% so với dầu thủy lực mới, trong khi chất lượng vẫn gần như tương đương.
Dầu thủy lực thải là chất thải nguy hại, khó phân hủy và cần được thu gom, tái chế hoặc tiêu hủy Tại Việt Nam, hiện chưa có quy định về tái chế và sử dụng dầu thải, dẫn đến việc phần lớn dầu thủy lực thải được bán cho các cơ sở sản xuất làm chất đốt thay thế Một lượng không nhỏ dầu thải bị đổ ra môi trường, gây ô nhiễm nước và đất, trong khi một số cơ sở tư nhân thu gom và tái chế trái phép bằng công nghệ độc hại Đặc biệt, dầu thủy lực động cơ ô tô và xe máy tái chế thường không được kiểm định chất lượng, tạo ra mối lo ngại lớn về an toàn môi trường.
Việc sử dụng quy trình tái chế lạc hậu và độc hại dẫn đến chất lượng dầu tái chế không đạt tiêu chuẩn, gây ra tác hại lâu dài cho động cơ, môi trường và sức khỏe cộng đồng.
I.6.2 Tác hại của dầu thủy lực thải với môi trường và con người
I.6.2.1 Tác hại với môi trường
Dầu thủy lực thải được xác định là chất nguy hại theo Thông tư 12/2011/TT-BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường, có khả năng gây ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường tự nhiên.
Làm tăng thành phần kim loại nặng có trong đất Gây ô nhiễm đất mặt, làm thay đổi hệ vi sinh vật ở lớp đất này
Theo thời gian, dầu thủy lực thải có thể thấm xuống đất và hòa lẫn vào mạch nước ngầm, gây ra mối nguy hiểm nghiêm trọng cho sức khỏe con người.
Chất độc hại từ dầu thủy lực thải không còn thẩm thấu vào lòng đất mà tồn tại trực tiếp trên thực phẩm tươi sống Việc con người tiêu thụ những thực phẩm này có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng, do dầu thải chứa nhiều kim loại nặng như kẽm và chì Chì có khả năng gây độc cho hệ thần kinh trung ương và ngoại biên, rối loạn tạo huyết, và đặc biệt có nguy cơ cao dẫn đến ung thư.
Làm cho nước bị nhiễm kim loại nặng
Giảm chất lượng nước, ô nhiễm nước
Dầu nổi trên mặt nước không tan trong nước, gây ra sự lan tỏa rộng rãi trên bề mặt Hiện tượng này làm giảm quang hợp của thực vật dưới nước, ảnh hưởng đến chuỗi thức ăn tự nhiên và dẫn đến cái chết của nhiều sinh vật.
Dầu mỏ chứa nhiều thành phần gây ô nhiễm, trong đó hidrocacbon, mặc dù chỉ chiếm một tỷ lệ nhỏ, lại là một trong những chất độc hại nhất Khi tiếp xúc với điều kiện lý tưởng như ánh sáng và nhiệt độ cao, các chất này sẽ bốc hơi, dẫn đến ô nhiễm không khí nghiêm trọng.
I.6.2.2 Tác hại đối với con người
Dầu mỡ công nghiệp được chiết xuất từ dầu thô, với khoảng 90% là dầu nặng chứa các hydrocarbon parafin và cấu trúc đa vòng Chất lượng dầu nhớt thường cao hơn khi chứa nhiều hợp chất đa vòng; tuy nhiên, các chất chứa carbon trong dầu có thể gây nguy cơ ung thư cho con người Ngoài ra, dầu thủy lực còn chứa nhiều thành phần độc hại khác, đặc biệt là các dung môi bay hơi, có thể gây độc nếu hít phải, đặc biệt nguy hiểm cho trẻ em và trẻ sơ sinh có sức đề kháng yếu Các chất độc hại này có thể xâm nhập vào cơ thể qua da, hệ tiêu hóa, và nhanh nhất là qua đường hô hấp, ảnh hưởng đến hệ thần kinh, máu và gan.
Dầu mỡ công nghiệp chứa nhiều chất độc hại, bao gồm các hợp chất gây ung thư như benzene, ethylbenzene, toluene và xylene Những chất này không chỉ gây ra nguy cơ ung thư mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ thần kinh, dẫn đến các triệu chứng như đau đầu, chóng mặt, nôn mửa, và thậm chí có thể gây bất tỉnh hoặc tử vong.
Những người thường xuyên tiếp xúc với dầu mỡ công nghiệp, xăng và dầu có nguy cơ cao mắc các bệnh về đường hô hấp, bao gồm các vấn đề liên quan đến mũi, họng, khí quản và phổi Hơn nữa, việc tiếp xúc này còn có thể dẫn đến ung thư và thậm chí tử vong.
Các hóa chất sử dụng
Các thiết bị sử dụng trong thí nghiệm
II.1 Nghiên cứu thực nghiệm tách dầu ra khỏi bề mặt kim loại dựa vào các chất hoạt động bề mặt
II.1.1 Sơ đồ thực nghiệm
Không tác động cơ học
Hình 4: Sơ đồ công nghệ tách dầu ra khỏi bề mặt kim loại không có tác động cơ học
Có tác động cơ học
Hình 5: Sơ đồ công nghệ tách dầu ra khỏi bề mặt kim loại khi có tác động cơ học
Các bước được tiến hành như sau:
- Bước 1: cân 12 miếng sắt bằng cân điện tử để xác định khối lượng ban đầu của từng miếng sắt
Nhúng từng miếng sắt vào dầu thủy lực, sau đó để khô và cân lại để xác định khối lượng của từng miếng sắt khi dầu thủy lực đã bám dính trên bề mặt.
- Bước 3: lấy khoảng 12 cốc thí nghiệm đựng các chất hoạt động bề mặt đong mỗi cốc 30 ml dung dịch