Tổng quan
Dầu thủy lực
Dầu thủy lực, hay chất lỏng thủy lực, là thành phần quan trọng trong các hệ thống thủy lực, giúp truyền và điều hòa năng lượng qua hệ thống kín Dầu này hoạt động dưới áp lực và trong điều kiện động, đảm bảo hiệu suất cao cho các thiết bị truyền động thủy lực Các ứng dụng của hệ thống này rất đa dạng, từ việc khuyếch đại lực cho đến các cơ cấu điều khiển, với hệ thống phanh thủy lực là một trong những ví dụ điển hình.
Dầu thủy lực là nguồn năng lượng quan trọng trong các hệ thống thủy lực, với chức năng giảm ma sát và chống mài mòn cho các chi tiết Chất lỏng thủy lực, không chỉ là dầu thủy lực, là một trong những loại dầu công nghiệp thiết yếu, được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như máy công cụ và cơ cấu lái Ngoài ra, chất lỏng này còn được áp dụng trong 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 có hại đối với vật liệu gioăng, do đó phốt thường được sử dụng trong hệ thống thủy lực.
Sự khác biệt chính giữa nhóm dầu khoáng thủy lực và các loại dầu khác nằm ở sự cân bằng giữa tính năng chống mài mòn và khả năng chống ăn mòn, bền nhiệt Để đảm bảo hiệu suất trong các điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt, cần sử dụng dầu có độ nhớt từ các hợp chất cao phân tử Các 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 hoạt động.
Việc chọn lựa chất lỏng bôi trơn phù hợp phụ thuộc vào loại bơm, thiết kế hệ thống, điều kiện hoạt động và môi trường Chất lỏng thủy lực cần hoạt động hiệu quả trong dải nhiệt độ rộng và có tính nhớt nhiệt tốt, tức là độ nhớt không thay đổi nhiều khi nhiệt độ thay đổi Điều này chỉ có thể đạt được với dầu có chỉ số độ nhớt cao hơn 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 quan hệ giữa độ nhớt với áp suất, nhiệt độ bắt cháy, độ nén, khả năng tạo bọt, tính ổn định khi xâm thực, khả năng phá nhũ, tính bôi trơn, tính chống ăn mòn, độ ổn định oxy hóa nhiệt, chỉ số axit và điểm anilin.
Tỉ trọng ảnh hưởng đáng kể 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 Sử dụng dầu nhờn có tỉ trọng cao giúp giảm kích thước của hệ truyền động thủy lực mà vẫn đảm bảo hiệu suất công suất.
Độ nhớt và tính nhớt nhiệt của dầu có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất sử dụng Ở nhiệt độ khởi động thấp, dầu cần có độ nhớt thấp, trong khi ở nhiệt độ làm việc cao, độ nhớt phải đảm bảo hoạt động ổn định cho hệ truyền thủy lực Để duy trì hiệu quả và 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 chất lỏng vẫn có thể tuần hoàn dưới áp suất bơm với công suất không thấp hơn 30% Giới hạn nhiệt độ làm việc của dầu trong hệ thủy lực 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 của bơm và hệ thống thủy lực.
Chỉ số độ nhớt là yếu tố quan trọng thể hiện tính chất nhiệt của dầu thủy lực Khi chỉ số này đạt từ 80 trở lên, dầu có tính nhớt nhiệt tốt; trong khi đó, chỉ số từ 50-60 cho thấy dầu thuộc loại có độ nhớt cao, 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 đặc tính lỏng, chuyển sang trạng thái dẻo Tuy nhiên, khi điều kiện trở lại bình thường, dầu sẽ phục hồi độ nhớt như ban đầu.
Độ bền nhớt là khả năng của dầu quánh duy trì độ nhớt và chỉ số độ nhớt khi các phân tử phụ gia bị phá vỡ dưới áp lực trong hệ thủy lực Chỉ số độ nhớt và độ bền nhớt phụ thuộc vào tỷ lệ phụ gia trong dầu Đối với dầu thủy lực đặc, độ nhớt có thể giảm từ 5-20% so với mức 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 thủy lực cần cao hơn 10°C so với nhiệt độ đông đặc của dầu Khi hệ 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.
Độ nén là một trong những đặc tính quan trọng của chất lỏng thủy lực, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của hệ thống Để hệ thủy lực hoạt động hiệu quả, chất lỏng cần có độ nén tối thiểu, thường được thể hiện qua môđun co dãn Chỉ khi áp suất đạt mức rất cao (trên 4.10^3 N/m^2), thể tích của chất lỏng khoáng mới giảm từ 15-20% Chất lỏng silic thường có độ nén lớn, điều này cần được lưu ý trong các ứng dụng thủy lực.
Tính chống tạo bọt của chất lỏng là khả năng đẩy không khí mà không hình thành bọt Trong các chất lỏng thủy lực khoáng tiếp xúc với không khí ở nhiệt độ bình thường, có khoảng 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 xảy ra, làm tăng quá trình oxy hóa và độ chảy của dầu, đặc biệt trong hệ thống 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 quá trình tạo bọt.
Tính chống tạo nhũ là khả năng của dầu nhờn trong việc làm lắng nhanh nước lẫn vào dầu Tất cả các loại dầu thủy lực hoạt động trong điều kiện có thể bị lẫn nước đều cần có tính năng này Khi dầu nhờn bị lẫn nước, nó sẽ tạo 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 nâng cao tính chống tạo nhũ, có thể pha thêm các phụ gia đặc biệt vào dầu.
Nhũ tương
Lý thuyết nhũ tương, một phần quan trọng của lý thuyết hóa keo, được phát triển từ công nghệ chế biến sữa 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 tăng lên khi khối lượng riêng của hai pha phân tán gần nhau.
Nhũ tương là hệ phân tán cao giữa hai chất lỏng không hòa tan với nhau, trong đó thể được phân tán là các giọt nhỏ trong chất phân tán Tùy thuộc vào môi trường chất phân tán, nhũ tương có thể được gọi là 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
Dầu được phân loại thành hai loại nhũ tương chính: nhũ tương thuận (nhũ tương loại 1), trong đó chất lỏng không phân cực hòa tan trong chất lỏng phân cực, ví dụ như nhũ tương dầu trong nước; và nhũ tương nghịch (nhũ tương loại 2), trong đó chất lỏng phân cực hòa tan trong chất lỏng không phân cực, ví dụ 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 nồng độ 0,1% pha phân tán, thường được ứng dụng trong các hệ thống máy móc Một ví dụ điển hình cho nhũ tương loãng 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 nhiều so với nhũ tương đặc, với đường kính hạt khoảng 10 -5 cm Đặc điểm này cho thấy chúng là hệ phân tán cao, và độ linh động của các hạt nhũ tương này chủ yếu do sự hấp phụ các ion của các lớp điện ly vô cơ trong môi trường, thậm chí ở nồng độ rất thấp Khi không có các chất điện ly lạ, bề mặt hạt nhũ tương sẽ được hình thành từ sự hấp phụ các ion hydroxyl hoặc hydro trong nước, do quá trình ion hóa của các phân tử nước.
Nhũ tương đậm đặc là hệ phân tán lỏng – lỏng với tỷ lệ pha phân tán lên tới 74% thể tích, được coi là nồng độ tối đa cho loại nhũ tương này Trong nhũ tương đơn phân tán, nồng độ này tương ứng với thể tích lớn nhất của các giọt hình cầu không bị biến dạng, bất kể kích thước hạt nhỏ 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 tương đối lớn, khoảng 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 các hệ vi dị thể Đặc biệt, các giọt nhũ tương đậm đặc có chuyển động Brown, và chuyển động này càng mạnh khi kích thước giọt càng nhỏ.
Nhũ tương đậm đặc dễ bị sa lắng, đặc biệt khi có sự chênh lệch lớn về khối lượng riêng giữa pha phân tán và môi trường phân tán Khi pha phân tán nhẹ hơn môi trường, hiện tượng sa lắng ngược xảy ra, khiến các giọt nổi lên trên bề mặt Độ bền vững của nhũ tương đậm đặc phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm bản chất của quá trình nhũ hóa Do đó, việc xác định loại nhũ hóa được sử dụng để chế tạo nhũ tương là cần thiết để nghiên cứu nguyên nhân ảnh hưởng đến tính bền vững của nhũ tương đậm đặc.
Nhũ tương rất đậm đặc là 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 của các giọt pha phân tán, tạo thành hình đa diện và được ngăn cách bởi màng mỏng 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.
Các nhũ tương rất đậm đặc có thể được chế tạo với thể tích pha phân tán lớn và môi trường phân tán nhỏ Dung dịch chất nhũ hóa tạo thành những màng mỏng giữa các hạt của 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, để tạo ra nhũ tương có nồng độ cao hơn, độ bền vững của hệ thống sẽ bị phá vỡ Tính chất cơ học của các nhũ tương rất đậm đặc tăng lên khi nồng độ nhũ tương cao hơn.
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 tương đối và phụ thuộc vào cách phân loại của nhà nghiên cứu, vì những chất này có sẵn trong tự nhiên.
Sự phân chia này đã giúp nhận diện nhóm thứ nhất chứa các chất tẩy rửa tổng hợp, trong khi nhóm thứ hai bao gồm các vật liệu như alginat, gốc xenlulo, 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 bị phân chia và phân tán nhỏ chỉ có một số lượng hữu hạn các hợp chất có khả năng làm 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 nhũ sẽ bị nhuộm màu khi thêm chất màu hòa tan trong nước Nếu nhũ có độ dẫn điện cao, thì loại nhũ này thuộc nhóm dầu/nước.
Lauryn sunfat
I.3.1 Nguồn gốc và đặc điểm cấu tạo
Lauryl sulfate được tạo ra 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 sản xuất tương tự nhưng không trải qua quá trình ethoxylation Ngoài ra, lauryl sulfate ammonium (ALS) thường được sử dụng như một sự thay thế trong các sản phẩm tiêu dùng.
Lauryl sulfate là một chất tẩy rửa và hoạt động bề mặt phổ biến, được sử dụng trong nhiều sản phẩm chăm sóc cá nhân như xà phòng, dầu gội đầu và kem đánh răng Nó nổi bật 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 n đôi khi được chỉ định trong tên, chẳng hạn như lauryl-2 sulfate Các sản phẩm thương mại thường không đồng nhất về số lượng nhóm ethoxyl, trong đó n thường được lấy trung bình 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 tẩy rửa mạnh, có khả năng gây kích ứng da ở cả động vật thí nghiệm và con người Nghiên cứu cho thấy rằng lauryl sulfate có liên quan đến tác động kích thích bề mặt, và laureth sulfate cũng có thể gây ra phản ứng kích ứng sau khi tiếp xúc rộng ở một số cá nhân.
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 Với khả năng tạo bọt hiệu quả, lauryl sulfate đóng vai trò là chất tẩy rửa chính trong nhiều sản phẩm này.
Chất hoạt động bề mặt có khả năng giảm sức căng bề mặt của nước, với các phân tử lauryl sulfate hấp phụ lên bề mặt pha lỏng Điều 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 lại với nhau.
Lauryl sulfate chứa các nhóm có cực như sulfonat và etoxysulfat gắn vào chuỗi hydrocarbon Những nhóm này mang điện âm và liên kết yếu với các ion như sắt, magiê và canxi trong nước, giúp duy trì khả năng hoạt động hiệu quả của nó.
CMC
1.4.1 Nguồn gốc và cấu tạo
CMC (carboxymethyl cellulose) lần đầu tiên được sản xuất vào năm 1918 và được giới thiệu thương mại tại Hoa Kỳ bởi Hercules Incorporated vào năm 1946 Kể từ đó, CMC đã trở thành một thành phần quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp nhờ vào 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 và là dẫn xuất của cellulose, trong đó các nhóm carboxymethyl (-CH2COOH) gắn liền với một số nhóm hydroxyl của các monomer glucopyranose trong cấu trúc 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
Mức độ trùng hợp (n) và mức độ thay thế (y) trong cấu trúc được xác định với x dao động từ 1.50 đến 2.80 và y từ 0.20 đến 1.50 Tổng của x và y phải đạt 3.0 Cụ thể, đơn vị cấu trúc với mức độ thay thế 0.20 có giá trị là 178.14 đvC, trong khi đơn vị cấu trúc với mức độ thay thế 1.50 có giá trị là 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 cao làm giảm độ hòa tan và nhiệt độ kết tủa, do sự cản trở trong việc hòa tan trong nước Để hòa tan, trước tiên cần trộn bột với nước nóng để phân tán các hạt cellulose methyl Khi nhiệt độ giảm và được khuấy, các hạt này sẽ 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 25 Mpa tại 25°C CMC là các anion polymer mạch thẳng, tạo ra dung dịch giả với pH 1% thông thường từ 7 đến 8,5 Độ nhớt tăng khi pH < 3, dẫn đến kết tủa, do đó không phù hợp cho sản phẩm có pH thấp; pH > 7 thì độ nhớt giảm ít Nhiệt độ tăng làm giảm độ nhớt của CMC, và các ion kim loại cũng ảnh hưởng đến độ nhớt: cation hóa trị 1 ít tác dụng, cation hóa trị 2 như Ca²⁺, Mg²⁺ làm giảm độ nhớt, trong khi cation hóa trị 3 như Al³⁺, Cr³⁺, 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 kết phụ thuộc vào nồng độ CMC, độ nhớt của dung dịch và lượng nhóm acetat bổ sung Nồng độ tối thiểu để CMC có thể tạo đông là 0.2%, trong khi nhóm acetat cần đạt ít nhất 7% so với CMC.
Sắt (Fe)
Sắt là kim loại phổ biến, đứng thứ tư về hàm lượng trong vỏ trái đất, chiếm 1,5% khối lượng 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 một kim loại có hoạt tính hóa học trung bình, không phản ứng với các phi kim như oxy, lưu huỳnh, clo, brom ở điều kiện thường không có độ 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 độ ẩm, khí cacbonic 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 với các phi kim có tính oxi hóa mạnh như ôxi và Clo, tạo ra các hợp chất trong đó sắt có số oxi hóa +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 quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, Việt Nam hàng năm sử dụng hàng triệu động cơ, phương tiện giao thông và thiết bị công nghiệp, dẫn đến nhu cầu lớn về dầu thủy lực Sự phát triển của các nhà máy, khu công nghiệp và phân xưởng công nghệ đã ứng dụng nhiều quy trình kỹ thuật, trong đó dầu thủy lực đóng vai trò quan trọng.
Dầu thủy lực được ứng dụng rộng rãi trong nhiều loại động cơ và thiết bị máy móc Mỗi năm, nhu cầu sử dụng dầu thủy lực ngày càng tăng, dẫn đến việc sản xuất một lượng lớn dầu thải.
Tính đến ngày 30/10/2017, cả nước đã có 1.868.455 ôtô và 33.754.353 môtô, xe máy được đăng ký Theo ước tính của Bộ Thủy sản, tổng số tàu thuyền của Việt Nam đã vượt qua 100.000 chiếc tính đến tháng 5/2017 Tại Đà Nẵng, có khoảng 2.000 tàu thuyền với công suất từ trên 90 đến dưới 20 sức ngựa Trong năm 2017, 23 đơn vị thuộc Tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN) đã bán ra hơn 500.000 lít dầu biến thế chứa chất PCBs nguy hại Với số lượng lớn phương tiện giao thông hiện nay, việc sử dụng hợp lý và tiết kiệm dầu thủy lực trở nên cực kỳ quan trọng, đặc biệt khi mỗi động cơ tiêu thụ khoảng 5-10 lít dầu nhớt mỗi năm.
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 này có thể giúp giảm giá thành từ 40 đến 70% so với dầu thủy lực mới, trong khi chất lượng vẫn gần như tương đương Đây là một nguồn bổ sung dầu nhớt đáng kể, thể hiện tiềm năng lớn trong việc tối ưu hóa chi phí và bảo vệ tài nguyên thiên nhiên.
Dầu thủy lực thải là chất thải nguy hại, khó phân hủy, cần được thu gom và tái chế, hoặc tiêu hủy trong những trường hợp đặc biệt Hiện tại, Việt Nam chưa có quy định cụ thể về tái chế và sử dụng dầu thải Phần lớn dầu thủy lực thải được thu gom và bán cho các cơ sở sản xuất làm chất đốt thay thế, trong khi một phần bị đổ ra môi trường, gây ô nhiễm nguồn nước và đất Nhiều cơ sở tư nhân thu gom và tái chế dầu thải bằng công nghệ độc hại, dẫn đến ô nhiễm môi trường Một lượng nhỏ dầu thủy lực thải được xử lý tại các công ty môi trường, nhưng đáng lo ngại là nhiều cơ sở tư nhân vẫn tái chế và sử dụng dầu thủy lực động cơ ô tô, xe máy mà không kiểm định chất lượng.
Việc áp 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, với khả năng gây ô nhiễm môi trường tự nhiên rất lớn.
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 thẩm thấu vào đất, gây ô nhiễm các mạch nước ngầm và trở thành mối nguy hiểm nghiêm trọng đối với sức khỏe con người.
Chất độc hại từ dầu thủy lực thải không chỉ thẩm thấu vào đất mà còn tồn tại trực tiếp trên thực phẩm tươi sống, gây ra hậu quả nghiêm trọng cho sức khỏe con người Thực phẩm nhiễm độc chứa nhiều kim loại nặng như kẽm và chì, trong đó chì có khả năng gây độc cho hệ thần kinh trung ương và ngoại biên, rối loạn tạo huyết, và tăng nguy cơ ung thư cho những người tiếp xúc.
Làm cho nước bị nhiễm kim loại nặng
Giảm chất lượng nước, ô nhiễm nước
Dầu nổi trên mặt nước không tan trong nước, khiến nó có khả năng lan tỏa ra một diện tích lớn Sự hiện diện của dầu làm giảm quang hợp ở thực vật dưới nước, dẫn đến sự gián đoạn chuỗi thức ăn tự nhiên và gây ra cái chết cho nhiều sinh vật.
Dầu chứa nhiều thành phần gây ô nhiễm, trong đó hydrocarbon, mặc dù chỉ chiếm một tỷ lệ nhỏ, là một trong những chất độc hại nhất Khi gặp điều kiện lý tưởng như ánh sáng và nhiệt độ cao, các chất này sẽ bốc hơi và gây ra ô nhiễm nghiêm trọng cho không khí.
I.6.2.2 Tác hại đối với con người
Dầu mỡ công nghiệp, được sản xuất từ dầu thô, chứa khoảng 90% dầu nặng với các hydrocarbon parafin đa vòng, càng nhiều chất đa vòng thì chất lượng càng cao Tuy nhiên, các chất chứa cacbon trong dầu mỡ công nghiệp có thể gây ung thư cho con người Bên cạnh đó, dầu thủy lực còn chứa nhiều chất độc hại, đặc biệt là các dung môi bay hơi, có thể gây độc khi hít phải, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe, nhất là trẻ em và trẻ sơ sinh có sức đề kháng kém Các chất độc hại này có thể xâm nhập vào cơ thể qua da, hệ tiêu hóa hoặc nhanh nhất là qua đường hô hấp, gây ảnh hưởng đến hệ thần kinh, máu và gan.
Dầu mỡ công nghiệp chứa nhiều chất gây ung thư như benzene, ethylbenzene, toluene và xylene Những hợp chất này không chỉ có nguy cơ gây ung thư mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ thần kinh, dẫn đến các triệu chứng như đau đầu, chóng mặt, nôn mửa, bất tỉnh, thậm chí có thể gây 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 như viêm mũi, viêm họng, viêm khí quản và các bệnh phổi Hơn nữa, sự tiếp xúc này còn có thể dẫn đến ung thư và 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 sau khi dầu 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