Phần 3
HẤP PHỤ -HÓA KEO
Tài liệu học tập:
1.
Hóa lý và hóa keo, Nguyễn Hữu Phú, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 2003.
2.
Giáo trình Hấp phụ-Hóa keo, Đinh Văn Hoan, Bộ môn Hóa lý, ĐHBK Hà nội, 1984
3.
Hóa học chất keo, S.S. Voiutski, người dịch Lê Nguyên Tảo, NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp – Hà Nội, 1973.
Tài liệu tham khảo:
1.
Introduction to Colloid and Surface Chemistry 4th Ed., Duncan J. Shaw, Butterworth-Heinemann, Burlington, MA, 2003.
2.
Surface and Colloid Chemistry Principles and Applications, K.S. Birdi CRC Press, 11 Boca Raton, 2010.
Chương I. NHỮNG KHÁI NiỆM CƠ BẢN
1. HÓA KEO: khảo sát các hệ phân tán cao dị thể đặc biệt
à Hệ có ít nhất một kích thước trong khoảng 10-9m – 10-6m (nm - μm)
= hệ có chứa các phân tử lớn và/hoặc các hạt có kích thước nhỏ
à Các yếu tố xác định bản chất của một hệ keo gồm:
- Kích thước hạt
- Hình dạng của hạt và độ linh động
- Các tính chất bề mặt (bao gồm cả tính chất điện)
- Tương tác giữa các hạt
2
- Tương tác giữa các hạt và môi trường
I. KHÁI NiỆM
2. HỆ PHÂN TÁN: gồm pha phân tán & môi trường phân tán
- Pha phân tán: các hạt có kích thước nhất định phân bố trong toàn
3. ĐỘ PHÂN TÁN (D): đặc trưng nhất cho hệ phân tán
D
=
1 a
thể tích của môi trường phân tán.
a: kích thước hạt (m)
VD: nếu hạt hình cầu, bán kính r à a = 2r
3
nếu hạt hình lập phương, có độ dài cạnh ℓ à a = ℓ
I. KHÁI NiỆM
4. BỀ MẶT RIÊNG Sr: bề mặt ứng với một đơn vị thể tích pha phân tán
3
2 /m(m
)
Sr =
S 12 V 1
S12: bề mặt phân chia giữa pha phân tán (pha 1) và môi trường phân tán (pha 2)
V1: thể tích của pha phân tán (pha 1)
k
D k
=
=
=
Sr
1 a
S 12 V 1
k: hệ số phụ thuộc vào hình dạng hạt; VD: hạt hình cầu có k = 6
5
à Bề mặt riêng, kích thước hạt và hình dạng hạt có liên hệ:
5. SỰ PHỤ THUỘC CỦA BỀ MẶT RIÊNG Sr VÀO KÍCH THƯỚC
R < 10 nm: công nghệ nano
Tại sao hệ keo không dị thể?
Ảnh hưởng của bề mặt không thể bỏ qua
- Bề mặt riêng lớn - Năng lượng tự do bm lớn
10%
II. PHÂN LOẠI HỆ KEO VÀ CÁC HỆ VI DỊ THỂ
1. PHÂN LOẠI THEO ĐỘ PHÂN TÁN (kích thước pha phân tán)
nano
Phân tán phân tử
Hệ phân tán keo
Hệ vi dị thể
Hệ phân tán thô
7
Hóa keo
Hệ dị thể
Pha phân
Môi
2. PHÂN LOẠI THEO TRẠNG THÁI TẬP HỢP (rắn, lỏng, khí)
Tên hệ
Ví dụ
tán
trường
Kí hiệu
Khí Khí K/K ---
Lỏng Khí L/K Sương, mù Thuốc trừ sâu
Rắn Khí R/K Khói, bụi Khói, bụi
Khí Lỏng K/L Bọt, nhũ tương khí Bọt bia
Lỏng Lỏng L/L Nhũ tương Sữa
Rắn Lỏng R/L keo, huyền phù, sol Sơn, dịch tế bào
Khí Rắn K/R Bọt rắn, xốp, Đá bọt
Lỏng Rắn L/R Gel Bơ, thạch
Rắn Rắn R/R Sol rắn, hợp kim Thủy tinh màu, đá quý
Sương mù
10
Bọt lỏng
11
12
Sol -Gel
13
3. PHÂN LOẠI THEO TƯƠNG TÁC
+ Ưa lỏng (liophilic): keo tương tác mạnh với môi trường phân
tán à loại keo này có thể tồn tại với nồng độ khá lớn mà không
cần chất bảo vệ. VD: SiO2 trong nước
+ Kỵ lỏng (liophobic): keo Na trong benzen, chỉ tồn tại với nồng
độ rất nhỏ à hoặc phải thêm chất bảo vệ
Ưa nước (hydrophilic); Kỵ nước (hydrophobic): khi môi trường
phân tán là nước.
Ưa dầu (lipophilic); Kỵ dầu (lipophobic): môi trường phân tán là
chất không phân cực (dầu)
14
Tăng nồng độ keo ưa lỏng à gel Tăng nồng độ keo kỵ lỏng à kết tủa
Sol: Các hạt keo không tương tác
Gel: Các hạt keo tương tác à bộ khung chứa MT phân tán
Công nghệ sol-gel và sản phẩm
http://sariyusriati.wordpress.com/2008/10/21/sol-gel-technology/
Chương II. CÁC T/CHẤT CƠ BẢN CỦA HỆ KEO
n
n
I. Tính chất quang học
n
II. Tính chất điện động
n
III. Tính chất động học phân tử
IV. Tính chất cơ học
I. Tính chất quang học
Trái: hệ phân tán keo; Phải: dung dịch
A: dung dịch
B: Hệ phân tán keo trong suốt
§ Sự phân tán ánh sáng
§ Sự hấp thụ ánh sáng
17
C: Hệ phân tán keo hấp thụ ánh sáng hoàn toàn
1. Phân tán ánh sáng - Hiệu ứng Tyndall
John Tyndall (1820 -1893)
Được phát hiện bởi Faraday (1857) và sau đó bởi Tyndall (1869)
ánh sáng ánh sáng
Dung dịch
Hệ phân tán keo
18
Chiếu chùm tia sáng qua dung dịchà hình nón sáng đục
Phương trình Rayleigh
n Định lượng hóa hiệu ứng Tyndall:
2
2
Io
2
C.υ2 λ4
⎛ I = 24π3 n2 − no ⎜ n2 + 2no ⎝
⎞ ⎟ ⎠
n, no: ν : C : : λ chiết suất của pha phân tán và môi trường phân tán thể tích 1 hạt keo nồng độ hạt keo bước sóng ánh sáng tới
PT áp dụng cho các hạt không mang điện Áp dụng cho trường hợp hạt có d < 0.1 λ. Trường hợp d > λ à phản xạ ánh sáng, và không phụ thuộc bước sóng
Phương trình Rayleigh
2
2
Io
2
C.υ2 λ4
⎛ I = 24π3 n2 − no ⎜ n2 + 2no ⎝
⎞ ⎟ ⎠
n Cường độ ánh sáng phân tán tỉ lệ thuận với nồng độ hạt keo
n Kích thước hạt càng lớn à cường độ ánh sáng phân tán mạnh
n Bước sóng ánh sáng càng nhỏ à cường độ ánh sáng phân tán
à tăng sự mờ đục (đúng khi r < 2.10-8m
n Sự khác biệt về chiết suất giữa pha phân tán và MT càng lớn à
I càng lớn
(I) càng lớn
Một số ví dụ
Dung dịch FeCl3 (trái) và keo sắt (phải)
Trình diễn laser
21
Phân tán ánh sáng trong tự nhiên
2. Sự hấp thụ ánh sáng
Cũng tuân theo định luật Lambert- Beer:
A
ln
-=
I o I
A = K.ℓ.C A: độ hấp thụ (absorbance) hoặc mật độ quang
Io: cường độ tia tới
I: cường độ tia ló
ℓ: độ dầy của môi trường
K: hệ số hấp thụ mol
à Định luật này đúng trong trường hợp hệ keo phân tán cao
2. Sự hấp thụ ánh sáng
g n á s h n á ụ h t p ấ h ự S
l (nm)
Kích thước hạt keo giảm dần từ 1 đến 5
Nhận xét: giảm kích thước (tăng độ phân tán) à λmax chuyển về phía sóng ngắn
http://www.ansci.wisc.edu/facstaff/Faculty/pages/albrecht/albrecht_web/Programs/ microscopy/colloid.html
- độ lớn của các cực đại lúc đầu tăng, sau giảm
VD:
Phổ UV-Vis–NIR của các hạt nano vàng với các tỉ lệ kích thước và hình dạng khác nhau.
C.-J. Huang et al. / Journal of Colloid and Interface Science 303 (2006) 430–436
Phổ TEM của các hạt nano vàng có kích thước khác nhau: (a) que ngắn , (b) hình quả tạ, (c) hình cầu (d) que dài.
VD:
Phổ TEM của các hạt nano vàng có kích thước khác nhau: (a) que ngắn , (b) hình tạ, (c) hình cầu (d) que dài.
Phổ UV-Vis–NIR của các hạt nano vàng với các tỉ lệ kích thước và hình dạng khác nhau.
C.-J. Huang et al. / Journal of Colloid and Interface Science 303 (2006) 430–436
γ: tỉ lệ kích thước giữa chiều dài và đường kính
VD: Hồng ngọc (Ruby) và xa-phia (sapphire)
- Xa-phia và hồng ngọc đều là dạng tinh thể đơn của ôxit nhôm (Al2O3) -
khoáng chất có tên corundum.
- corundum đỏ à hồng ngọc (ruby)
iron
V
- corundum màu khác à "xa-phia".
Iron & V
Cr3+
Iron and Ti
n=1.768 – 1.772
Ngọc lục bảo và Thạch anh tím
Ngọc lục bảo: (Be3Al2(SiO3)6);
Màu xanh: crôm (và vanadi)
Chiết suất: 1,576-1,582
Thạch anh tím: SiO2
Chiết suất = 1.543–1.553
Oxit sắt
3.Tính chất động học phân tử của hệ keo
n Chuyển động Brown
n Khuếch tán
n Sa lắng
1. Chuyển động Brown
Đối với hệ keo nằm trong môi trường lỏng:
-Các phân tử chất lỏng của MT luôn chuyển động nhiệt
à va chạm lên hạt keo
-Tổng hợp lực tác động lên hạt keo liên tục thay đổi cả
về cường độ và về hướng à các hạt keo cũng liên tục
thay đổi chiều và tốc độ chuyển động.
Robert Brown (1827)
2. Khuếch tán
n Theo định luật Fick I:
D
-=
dn i Sdt
dC i dx
ni: số mol phân tử; S tiết diện ngang; t: thời gian
D là hệ số khuếch tán; C: nồng độ hạt keo; x: chiều khuếch tán
Các hạt keo có r lớn à giá trị D thường bé à hệ keo khuếch tán rất chậm.
VD: hệ keo D = 5.10-5m2/s (cùng nhiệt độ, độ nhớt và khoảng cách
khuếch tán)
Dung dịch: phân tử khuếch tán trong vài giờ,
Hệ keo: phân tử khuếch tán trong vài năm
3. Cân bằng khuếch tán-sa lắng
n Khuếch tán: chiều phân bố đều nồng độ toàn hệ
n Sự sa lắng: tập trung các hạt keo à lắng xuống đáy hoặc nổi lên mặt.
n Dòng khuếch tán ik:
The picture can't be displayed.
n Dòng sa lắng is:
The picture can't be displayed.
u : tốc độ sa lắng, C: nồng độ; m: khối lượng hiệu dụng của hạt
g: gia tốc trọng trường; B: hệ số ma sát giữa hạt keo với môi
trường phân tán.
3. Cân bằng khuếch tán-sa lắng
n Khuếch tán chiếm ưu thế:
D
uC -<
dC dx
n Sa lắng chiếm ưu thế:
D
uC ->
dC dx
à Hệ hướng tới chỗ san đều nồng độ hạt à hệ keo ổn định
n Cân bằng:
uC
D
dx
-=
®
-=
dC dx
dC C
u D
à Hệ tập hợp hạt về một phía à phá vỡ sự tồn tại của hệ keo
dx
®
=
mg BD
C1, C2: nồng độ ứng với x1 và x2
ln
®
=
BD= kT
dC C C 1 C
mgh kT
2
h = x2 – x1
PT Laplace-Perrin
3. Cân bằng khuếch tán-sa lắng
ln
=
C 1 C
mgh kT
2
PT Laplace-Perrin
Cùng tỉ lệ ln (C1/C2), hệ nào có h lớn à độ bền động học lớn à m nhỏ
m = v (d – do)
àv nhỏ (kích thước hạt nhỏ)
à d – do nhỏ
4. Tính chất thẩm thấu
Áp suất thẩm thấu: p= C. R. T
(Phương trình Van(cid:1)t Hoff)
C: nồng độ mol hạt keo R: hằng số khí T: nhiệt độ
Trong 1 lít keo lỏng vàng chứa 1g Au cho rằng hạt hình lập phương có cạnh ℓ =
10-8 m xác định C và p. Biết dAu = 20.000 g/ l.
ĐS: p = 1,99.10-6 atm ≈ 0,02 mm cột nước
à Giá trị nhỏ này không đủ phát hiện trong thực tế. à Nhiều hệ keo được coi là không có áp suất thẩm thấu thực tế.
III. Tính chất điện học
n Hiện tượng điện di
n Hiện tượng điện thẩm
n Thuyết lớp điện tích kép
1. Hiện tượng điện di
n TN: cắm 2 ống thủy tinh có mang điện cực vào một khối đất sét ướt.
Hai cực nối với một nguồn điện è anôt bị vẩn đục đất sét (do sự di
n Các hạt keo mang điện tích âm và di chuyển về phía anôt, còn môi
chuyển hạt keo).
trường nước được xem là đứng yên.
n Hiện tượng điện di: do tác dụng của điện trường,
+ -
pha phân tán chuyển động tương đối với MT phân tán.
2. Hiện tượng điện thẩm
n TN: trong ống chữ U có bột thạch anh rất mịn ®
n
có mao quản à chỉ dung môi đi qua.
cực (-) cột chất lỏng dâng lên cao hơn, cột chất
n Pha phân tán đứng yên
n MT phân tán dịch chuyển về cực âm.
lỏng ở cực (+) hạ xuống
à Vậy môi trường phân tán đã bị mang điện tích và
thẩm thấu qua mao quản để đi về điện cực trái
dấu (môi trường mang điện dương).
2. Hiện tượng điện thẩm
n Hiện tượng điện thẩm: môi trường phân tán chuyển động tương đối với
pha phân tán.
lắng và điện thế chẩy.
Ngược lại với hiện tượng điện chuyển và điện thẩm là hiện tượng điện thế
+ Cho bột thạch anh lắng trong môi trường nước thấy có điện thế xuất hiện ở
hai vị trí khác nhau trên đường sa lắng à điện thế lắng
+ Nếu dùng áp lực cho nước chảy qua vật xốp thì thấy ở hai đầu vật xốp xuất
hiện chênh lệch điện thế à điện thế chảy
3. Thuyết lớp điện tích kép
s
=
oj
e 4 pd
σ: điện tích bề mặt ε: hằng số điện môi δ: khoảng cách (độ dày lớp kép) φ: hiệu thế giữa pha phân tán và dung dịch
Thuyết Helmholtz
3. Thuyết lớp điện tích kép
Gouy –Chapman –Stern
Thế điện động ζ là điện thế trên ranh giới trượt.
2. Làm sạch hệ keo
n VD: Điều chế keo bạc dương: cho dung dịch AgNO3 và dung dịch KI à
n Các mixen keo
n Chất điện ly làm bền: Ag+
- n Chất điện ly trung hòa điện tích: NO3
n Dung môi
- dư à tạp chất
n Các chất điện ly trơ: K+ và NO3
à Cần làm SẠCH hệ keo
41
2. Làm sạch hệ keo
4 phương pháp thường sử dụng
n Thẩm tích thường
n Điện thẩm tích
n Siêu lọc
n Siêu ly tâm
42
a. Phương pháp thẩm tích thường
Tách các hạt keo khỏi tạp chất nhờ sự KHUẾCH TÁN qua một màng thích
hợp (màng bán thấm) à Chỉ dung môi và ion đi qua
Túi lọc (màng bán thấm)
- Keo trong túi lọc (màng bán thấm)
- Nhúng túi trong dung môi nguyên chất
Nước ra
à Tạp chất từ từ khuếch tán ra khỏi túi
Nước vào
à dung dịch keo tinh khiết
Dung môi (nước)được thaythường xuyên để
tránh sự tích tụ và khuếch tán ngược của
Dung dịch keo
43
các ion trở lại vào túi.
a. Phương pháp thẩm tích thường
Các yếu tố làm tăng quá trình thẩm tích
nTăng bề mặt thẩm tích
nGiảm bề dày lớp chất lỏng cần thẩm tích
nThay liên tục dung môi bên ngoài
nTăng nhiệt độ
44
Màng bán thấm
•Màng bán thấm là gì?
à chỉ cho một số chất có kích thước nhất định đi qua
•Yêu cầu của màng bán thấm:
à tùy theo yêu cầu của chất cần thẩm tích, bản chất các
chất và dung môi.
45
Các loại màng bán thấm
• Bong bóng bò, lợn; giấy bán thấm
• Màng bán thấm bằng collodion (tạo thành từ nitrocellulose)
à Được chế tạo với kích thước mao quản tùy theo yêu cầu thẩm tích:
- Thay đổi dung môi
- Thay đổi chế độ sấy khô màng
• Màng bán thấm bằng cellophane
(cellulose được hoạt hóa or biến tính,
Kích thước mao quản trung bình từ 3 -100 nm, tùy phương pháp và điều
kiện chế tạo
46
VD bằng kẽm clorua)
Các loại màng bán thấm
Màng khác (tương sinh (tương thích sinh học) và độ xốp lớn hơn):
- Polysulfone,
- polyacrylonitrile,
- polymethylmethacrylate
- cupraphane (copper porphyry),
- hemophan (from a modified cellulose ),
- cellulose acetate
Polysulfone Mao quản: < 40 nm
à sử dụng làm màng lọc trong chạy thận nhân tạo hoặc làm PEM (proton exchange membrane) trong pin nhiên liệu
Chọn màng bán thấm
n à phù hợp với yêu cầu
VD: Tinh chế organosol à sử dụng dung môi hữu cơ
à colidion bị hòa tan
48
à chọn màng cellophane hoặc colidion biến tính.
VD: Lọc máu nhân tạo
Creatinine: sản phẩm bẻ gẫy mạch của creatine phosphate trong cơ bắp
Purine
CO(NH2)2
Uric acid
Uric acid
a semi-permeable membrane: how to make a suitable one???
nTăng bề mặt thẩm tích
nGiảm bề dày lớp chất
lỏng cần thẩm tích
Sơ đồ đơn giản của một hệ thống chạy thận nhân tạo
Các phần chính
- Hệ thống màng lọc
- Hệ thống rửa màng lọc sau khi sử dụng
- Hệ thống bơm máu
b. Điện thẩm tích
n Nguyên lý: sử dụng điện trường cùng với màng bán thấm
n Sơ đồ cấu tạo máy điện thẩm tích:
•3 khoang, ngăn cách bằng màng bán thấm;
• Điện cực ở 2 đầu, dòng nước cất liên tục chảy qua các ngăn
à Dòng nước ra sẽ mang theo các ion
• Keo được cho vào ngăn giữa có khuấy
Chú ý: Thường theo quy trình: thẩm tích thường à điện thẩm tích
b. Điện thẩm tích
n Ảnh hưởng của điện tích và kích thước mao quản đến số vận chuyển
n Màng cellulose, giấy bán thấm, màng gốm thường tích điện âm
n Màng gelatin da thuộc à tích điện dương
n Thực nghiệm CM:
n Màng tích điện âm: sự giảm đường kính mao quản à số vận
chuyển của anion giảm & ở giới hạn = 0
à Nếu sử dụng màng có làm thay đổi số vận chuyển à xúc tiến quá trình
53
thẩm tích rất nhiều.
b. Điện thẩm tích
n Giải thích (bằng lớp điện tích kép
Đặt điện trường vào hai đầu àmột phần ion nghịch chuyển động về hai đầu
Biến thiên của tỉ số giữa nồng độ cation và anion trong mao quản
trên bề mặt của màng)
VD: vách có ion âm à ion nghịch là ion dương à chuyển động về cực âm à Những chỗ tự do của các ion đã chuyển dịch cùng với chất lỏng về phía phải à bị chiếm bởi các ion trong lòng thể tích. àGiảm kích thước mao quản à nồng độ cation tăng lên à số vận tải của cation tăng àKhi đường kính mao quản bằng 2 lần bề dày của lớp điện kép à số vận chuyển đạt cực đại
c. Siêu lọc và siêu ly tâm
Siêu lọc
n
n
(i) Hạt keo đi qua giấy lọc thông thường (kích thước mao quản > 1000nm)
(Ii) Nếu các lỗ xốp của giấy lọc thông bằng cách ngâm giấy lọc trong một
dung dịch gelatin của colloidion và sau đó được làm cứng bằng cách ngâm
à màng siêu lọc.
Ultra -ly tâm
trong formaldehyde.
I- Các hạt keo được bảo vệ khỏi tác động của lực hấp dẫn (thay bằng lực ly
tâm) à thoát khỏi ảnh hưởng của trọng trường
(Ii) máy ly tâm tốc độ cao có tốc độ cỡ 15.000 vòng mỗi phút.
55
--> máy siêu máy ly tâm
III. KEO TỤ và các yếu tố ảnh hưởng
1. Độ bền hệ keo
Những yếu tố làm cho keo bền:
n Độ bền động học: quyết định bởi độ phân tán của hệ:
Độ phân tán càng lớn àđộ bền động học lớn (chuyển động Brown
n Độ bền tập hợp:
mạnh) à phân tán đều theo chiều cao.
56
Quyết định bởi điện thế và lớp vỏ bảo vệ
Độ bền tập hợp
n Điện tích bề mặt:
n
thế ζ > 30 mV à keo bền
n
ζ < 30 mV à keo không bền à dễ bị kết tụ
n
ζ = 0: điểm đẳng điện
à để keo bền à bề mặt hạt keo phải tích điện hoặc phải thêm chất bảo
vệ lên bề mặt hạt keo.
n Chất bảo vệ: các hợp chất cao phân tử, chất hđbm
57
2. Cơ chế của keo tụ
+ Vai trò của chất điện ly:
- Keo tụ bằng chất điện ly: VD keo dương sắt (III) hydroxit
Cơ chế: làm giảm độ dày của lớp khuếch tán à điện thế ζ giảm
Ngưỡng keo tụ: nồng độ chất điện ly tối thiểu đủ để làm keo tụ rõ hệ keo
5
C.
g =
C: hằng số
(KT) e 6
6
a.e
Z.
ε : hằng số điện môi
a: hằng số đẩy trong phương trình Vander Waals
e: điện tích electron
Z: điện tích hạt nhân
58
Z = 1, 2, 3 à lực keo tụ à 1: 64 : 729
2. Cơ chế của keo tụ
+. Keo tụ bằng các chất keo ngược dấu:
VD: trộn keo dương sắt (III) hydroxit và keo âm asen sunfua, sơ đồ keo tụ:
59
Fe(OH)3FeO+ + As2S3HS- à {Fe(OH)3FeOHS As2S3} ê
Chương IV
HỆ PHÂN TÁN THÔ
HỆ BÁN KEO
60
I. HỆ NHŨ TƯƠNG
n
1. Cấu tạo nhũ tương và phân loại nhũ tương
n
2.Chất nhũ hóa
n
3. Các phương pháp điều chế và phá hủy nhũ tương
n
4. Vai trò của nhũ tương trong công nghệ
1. Cấu tạo nhũ tương và phân loại
a. Khái niệm: Nhũ tương: = hệ phân tán lỏng trong lỏng
à ít nhất 2 chất lỏng không tan lẫn được phân tán vào nhau (*)
à Kém bền nhiệt động à thường được ổn định bằng chất nhũ hóa
à Đường kính giọt lỏng của pha phân tán: 0,1- 10 μm.
à Thuộc loại hệ phân tán thô (có thể thấy bằng mắt thường)
Cấu tạo nhũ tương
Pha1
Pha 2
D
A
C
B
A: Hai chất lỏng không tan lẫn
B. Hệ nhũ tương pha 1 phân tán trong pha 2
C. Hệ nhũ tương không ổn định à tách thành 2 lớp.
D. Hệ nhũ tương ổn định nhờ chất nhũ hóa (lớp màu đen)
Phân loại nhũ tương
Ø Dựa trên pha phân tán:
n Nhũ tương thuận (loại 1): giọt dầu phân bố trong nước (O/W) (*)
n Nhũ tương nghịch (loại 2): giọt nước phân bố trong dầu (W/O)
à Hai loại nhũ tương này có thể chuyển biến tương hỗ (đảo pha)
O/W D W/O
Mayonnaise: Nhũ tương của dầu trong nước
Dầu thơm: nhũ tương của nước trong dầu
Phân loại nhũ tương
Ø
microemulsion
Theo kích thước pha phân tán:
Hệ nhũ tương (macro emulsion)
0.2 – 50 mm (Bền động học)
Hệ vi nhũ tương (micro emulsion)
0.01 – 0.2 mm (Bền nhiệt động) emulsion
Hệ vi nhũ tương
Vi nhũ tương
Nhũ tương
Truyền qua có không
Kích thước 10-120 nm 0,1 – 10 µm
Loại o/w, w/o o/w, w/o, w/o/w, o/w/o
Tính bền Bền nhiệt động bền động học
Độ nhớt Pha phân tán có thể đến 20% - 40% Độ nhớt lớn hơn
mà không làm thay đổi độ nhớt
Các yếu tố ảnh hưởng đến loại nhũ tương
Ø Loại chất nhũ hóa: chất nhũ hóa tan trong chất lỏng nào à chất
lỏng đó sẽ là môi trường phân tán (MT liên tục)
Ø Tỉ lệ thể tích các pha:
§ Đối với nhũ tương W/O, nếu lượng pha phân tán (W) tăng
đến > 40% à có hiện tượng đảo pha
§ Hệ nhũ tương thuận (O/W) tồn tại bền với thể tích pha phân
tán rất cao (có thể đến 70%)
Ø Độ nhớt của mỗi pha
2. Chất nhũ hóa
n Chất nhũ hóa: chất thêm vào để tạo độ bền cho nhũ tương
n
Yêu cầu với chất hoạt động bề mặt ứng dụng làm chất nhũ hóa :
n Hoạt tính bề mặt cao
n Có khả năng tạo các màng mỏng phân chia pha đặc
n
Tốc độ khuếch tán đến bề mặt lớn tương đương tốc độ tạo
thành nhũ tương.
2. Chất nhũ hóa
n Các loại chất nhũ hóa:
Carbohydrates: cây keo, nhựa tragacanth, agar, tảo chondrus và pectin
Proteins: gelatin, lòng đỏ trứng và casein
Alcohols có khối lượng mol phân tử lớn: stearyl alcohol, cetyl alcohol, glycery
Chất hoạt động bề mặt: SPAN, TWEEN, xà phòng hữu cơ ( triethanolamine
monostearate, cholesterol – chất nhũ hóa nghịch (w/o)
Các hạt rắn kích thước nhỏ: oxit kim loại, clay, bentonit
oleate), Non ionic- pH 3-10, cationic – pH 3-7, anionic- pH lớn hơn 8
Các chất nhũ hóa thường dùng
a. Chất hoạt động bề mặt
Anionic –
Sodium stearate, Potassium laurate
Sodium dodecyl sulfate, Sodium sulfosuccinate
Nonionic –
Polyglycol, Fatty acid esters, Lecithin
Cationic – Quaternary ammonium salts,
Các chất nhũ hóa thường dùng
b. Chất nhũ hóa rắn
n Chất rắn được nghiền dưới dạng bột mịn (có thể đến kích thước
nano)
n Bột rắn ưa nước à chất nhũ hóa của nhũ tương thuận
VD: đất sét, oxit silic, bentonit, magie hydroxit, Al(OH)3,…
Bột rắn ưa dầu à chất nhũ hóa của nhũ tương Muội than trái lại
bảo vệ nhũ tương nghịch.
3. Điều chế nhũ tương và phá vỡ nhũ tương
1. Khuấy cơ học 2. Dùng năng lượng siêu âm ..
Điều chế nhũ tương bằng phương pháp siêu âm
Viberating blade
Intlet Outlet
Nozzle
3. Điều chế nhũ tương và phá vỡ nhũ tương
4. Vai trò của nhũ tương trong công nghiệp
VD:
II. BỌT
n Khái niệm: hệ phân tán thô gồm các bóng khí tiếp xúc chặt chẽ
với nhau, giữa các bóng khí là một màng mỏng chất lỏng (bọt
lỏng) hoặc màng rắn (bọt rắn).
Bọt lỏng (K/L)
n Có thể được coi là hệ nhũ tương đậm đặc
n Bọt “ẩm” là bọt hình cầu phân cách bởi các màng dầy
Bọt “khô” bóng là hình đa diện, phân cách bởi các màng mỏng
n Chất sinh bọt: tạo cho bọt có độ bền
à hấp phụ vào màng ngăn cách giữa các bọt
à Là các chất hoạt động bề mặt như rượu êtylic, propylic,
isobutylic, iso amilic, một số axit ponic, axêtic, propyolic
Bọt lỏng
n Điều chế bọt: thổi khí vào dung dịch chất sinh bọt +
n Phá bọt: đun nóng, đối với hệ có độ nhớt cao phải
khấy
n Ứng dụng:
n bọt trong các đồ uống à tăng vị giác của nước
kết hợp với khuấy mạnh.
n Tuyển nổi
n Trong kỹ thuật chống cháy.
giải khát.
Bọt rắn (K/R)
III. KEO KHÍ
L/K: sương, mù
Keo khí
R/K: khói, bụi
n Hạt sương mù: kích thước 10-5 đến 10-7m, tạo thành chủ yếu do sự
n Khói: hạt rắn kích thước tới 10-9 m, là muội hoặc tro hình thành trong
ngưng tụ hơi quá boã hoà.
n Bụi gồm hạt có kích thước lớn hơn 10-5m:
80
QT đốt nhiên liệu R hoặc lỏng.
81
82
2. Một số tính chất của keo khí
a. Tính chất quang học
Keo khí: à cường độ khuyếch tán ánh sáng lớn do 2 pha có độ chênh lệch
b. Tính chất động học phân tử: khi các hạt keo chuyển động trong môi
nhau nhiều về tỷ khối và về chiết suất b. Tính chất động học phân tử.
trường lỏng, chúng chịu lực cản ma sát nếu hạt quá nhỏ.
Nhiệt chuyển: sự tách xa các hạt keo khí khỏi vật nóng.
Nhiệt kết tủa: các hạt keo khí sa lắng vào phần lạnh hơn của một vật được
đốt nóng không đều.
Quang chuyển:chuyển động của hạt khí được chiếu sáng một phíac.
83
c. Tính chất điện học: hạt keo hấp phụ phần tử mang điện à có mang điện
3. Điều chế và phá hủy hệ keo khí
Phân tán
Lỏng: phun, sơn
Rắn: nghiền, đập, mài
Ngưng tụ
Lỏng: ngưng tụ hơi
Rắn: ngưng kết hơi: ngưng tụ hơi
Phản ứng hóa học
Phản ứng pha khí tạo sản phẩm rắn, lỏng
Phản ứng tỏa nhiệt trong môi trường rắn,lỏng
84
Keo khí không bền, rất dễ bị phá hủy
Phá keo khí
n Phương pháp thay đổi tốc độ và hướng chuyển động của keo khí
(cyclon)
n Phương pháp lọc: cho dòng keo khí qua thiết bị, lọc để giữ các
hạt keo có kích thước rất nhỏ. Được ứng dụng trong lọc khí để
chống độc, thanh trùng.
n
Lọc lưới: Dưới vải sợi hoặc lưới kim loại chỉ giữ được những hạt
tương đối thô.
n
Lọc sợi: màng lọc là giấy, cát tông hoặc một số vật liệu sợi khác.
n Phương pháp dùng siêu âm: dùng trong việc phá sương mà acid
và các loại khác.
85
Phá keo khí
n Phương pháp keo tụ sương mù và mây:
Các yếu tố tạo ra keo tụ:
-Các hạt cát mang điện tích âm, ngược dấu điện tích với hạt keo khí.
Dùng máy bay rắc các lớp mây.
- Dung dịch đặc của chất dễ hút nước thí dụ: Dung dịch CaCl2 được
phun vào khối keo khí, các hạt này bao quanh các giọt nước, làm
tăng kích thước giọt nước, dẫn đến mưa.
- Dùng khói từ AgI hoặc PbI, rắc lớn lớp keo khí quá lạnh của khí
quyển để chúng làm trung tâm ngưng tụ
- Dùng tuyết cacbonic để phá mây sương mù
86
