zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Điện - Điện tử

Nghiên cứu sự phụ thuộc của hệ số điện thế chảy vào nồng độ và loại dung dịch

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:3

Báo xấu

9
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Nghiên cứu sự phụ thuộc của hệ số điện thế chảy vào nồng độ và loại dung dịch nghiên cứu sự phụ thuộc của hiện tượng điện thế chảy vào nồng độ dung dịch và loại chất điện phân (NaCl và KCl) ứng với một mẫu đá trầm tích.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu sự phụ thuộc của hệ số điện thế chảy vào nồng độ và loại dung dịch

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3 NGHIÊN CỨU SỰ PHỤ THUỘC CỦA HỆ SỐ ĐIỆN THẾ CHẢY VÀO NỒNG ĐỘ VÀ LOẠI DUNG DỊCH Lương Duy Thành, Nguyễn Mạnh Hùng, Phan Văn Độ Bộ môn Vật lý - Khoa Năng Lượng - Trường Đại học Thủy lợi 1. GIỚI THIỆU CHUNG bị hút và cố định trên mặt phân cách do lực hút Hiện tượng điện thế chảy xuất hiện do chất tĩnh điện, lớp kế tiếp gọi là lớp khuếch tán lỏng chuyển động trong môi trường xốp trong đó các ion có thể chuyển động tự do. chẳng hạn như đất, đá... Hiện tượng này có Hình 1 minh họa sự phân bố điện tích trong lớp điện tích kép và thế ở vùng lân cận gần mặt liên hệ trực tiếp với sự tồn tại của lớp điện tích kép tại mặt phân cách giữa chất lỏng và phân cách. Bề dày của lớp điện tích kép vào khoảng 1-10 nm đối với hệ đất, đá trầm tích bề mặt chất rắn trong môi trường xốp. Hiện tượng điện thế chảy có một vai trò quan trọng ngậm nước và nó phụ thuộc vào nhiệt độ, độ dẫn điện, loại ion có trong chất lỏng [3]. trong ứng dụng địa Vật lý. Ví dụ như chúng đã được sử dụng để tìm dầu, nước, khí tự nhiên hoặc được sử dụng đề phát hiện ra sự rò rỉ của nước qua các công trình ngăn nước như đập, đê, kênh. Hiện tượng điện thế chảy phụ thuộc vào nhiều tham số như thành phần khoáng chất của môi trường xốp, loại ion có trong chất lỏng, độ pH, nồng độ dung dịch của chất lỏng, nhiệt độ của chất lỏng [1, 2]. Trong báo cáo này, chúng tôi nghiên cứu sự Hình 1. Sự phân bố điện tích và điện thế phụ thuộc của hiện tượng điện thế chảy vào trong lớp điện tích kép tại mặt phân cách nồng độ dung dịch và loại chất điện phân Do sự tồn tại của lớp điện tích kép ở mặt (NaCl và KCl) ứng với một mẫu đá trầm tích. phân cách giữa chất lỏng và chất rắn, nên có 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU sự tương tác giữa dòng chất lỏng và dòng điện trong môi trường xốp. Nói một cách Môi trường xốp như đất, đá được tạo bởi đơn giản, khi đặt lên môi trường xốp một các hạt khoáng chất rắn như silicat, các oxit, điện trường, thì chất lỏng trong đó sẽ chuyển các cacbonat. Khi một hạt khoáng chất tiếp động (hiện tượng thẩm điện). Ngược lại, khi xúc với chất lỏng (thường là dung dịch điện chất lỏng chuyển động trong môi trường xốp phân), bề mặt của hạt sẽ bị nhiễm điện. Điện thì xuất hiện dòng điện trong đó (hiện tượng tích bề mặt sẽ đẩy các ion cùng dấu trong điện thế chảy). Cụ thể là khi dòng chất lỏng chất lỏng ra xa và hút các ion trái dấu lại gần trong môi trường xốp chuyển động, các ion trong vùng lân cận gần mặt phân cách giữa trong lớp điện tích kép sẽ chuyển động theo. chất rắn và chất lỏng. Điều này dẫn đến sự Sự chuyển động của các ion mang điện này phân bố lại điện tích trong chất lỏng và tạo ra tạo ra một dòng điện gọi là dòng điện chảy và một lớp điện tích kép ở mặt phân cách. một điện trường trong môi trường xốp. Điện Lớp điện tích kép gồm một lớp cố định trường được tạo ra này lại gây ra một dòng nằm ngay sát mặt phân cách trong đó các ion điện dẫn theo chiều ngược lại (Hình 2). Do 500
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3 đó, người ta có thể đo được một hiệu điện thế dịch của chất điện ly, một mẫu đá trầm tích giữa hai điểm nào trong môi trường xốp khi Berea (nhận từ công ty Shell-Hà Lan) có có dòng chất lỏng chuyển động trong đó và đường kính 25 mm và chiều dài 55 mm như hiệu điện thế này được gọi là hiệu điện thế hình 3 được sử dụng. Dung dịch chất điện chảy. Hình 2 minh họa sự hình thành hiệu phân là dung dịch muối NaCl và KCl ứng với điện thế chảy khi chất lỏng được bơm qua các nồng độ khác nhau (10−4 M, 5.0×10−4 M, một ống mao dẫn (Môi trường xốp được tạo 10−3 M, 2.5×10−3 M, 5.0×10−3 M và 10−2 M). bởi vô số các ống mao dẫn). Việc đo đạc hệ số điện thế chảy được thực hiện ở nhiệt độ phòng (22 ±1o C). Hình 2. Sự hình thành điện thế chảy khi chất lỏng được bơm qua một ống mao Hình 3. Các mẫu đá trầm tích từ dẫn trong môi trường xốp các nguồn khác nhau Như vậy, chất lỏng chuyển động trong môi trường xốp sẽ tạo ra một điện trường hay một hiệu điện thế giữa hai điểm bất kỳ trong đó. Ở trạng thái cân bằng (khi tổng dòng điện chảy và dòng điện dẫn bằng không), hiệu điện thế chảy tỷ lệ với độ chênh áp suất chất lỏng như sau [1, 2]:   V  r o P , (1)  eff Hình 4. Hệ thí nghiệm đo hệ số điện thế Trong đó ΔV là hiêu điện thế chảy, ∆P là chảy. 1, Kệ chứa mẫu đá; 2, Các điện cực; độ chênh lệch áp suất chất lỏng qua môi 3, Bơm áp suất cao; 4, Đồng hồ đo áp suất; trường xốp, ε r là hằng số điện môi của chất 5, Bình chứa dung dịch điện ly lỏng, ε o là hằng số điện, η là hệ số nhớt chất Hệ thí nghiệm ở hình 4 được sử dụng để lỏng, σeff là độ dẫn điện hiệu dụng của chất đo hệ số điện thế chảy. Dung dịch được bơm lỏng và ζ là thế zeta. Độ dẫn điện hiệu dụng tuần hoàn qua mẫu đá cho tới khi độ dẫn điện bao gồm độ dẫn điện riêng của chất lỏng và và độ pH của dung dịch đạt tới giá trị ổn định độ dẫn điện bề mặt. Thế zeta là điện thế bên (đo bằng đồng hồ đa năng Consort C861). Độ trong lớp điện tích kép tại vị trí vận tốc của pH ở trạng thái cân bằng của dung dịch nằm chất lỏng đối với bề mặt rắn bằng không (tại trong khoảng từ 6 đến 7.5. Hiệu điện thế giữa mặt phẳng trượt trên Hình 1). Thế zeta phụ hai đầu mẫu đá được đo bằng đồng hồ đa thuộc vào tính chất bề mặt của hệ chất rắn- năng hiện số (Keithley Model 2700) kết nối lỏng. Mức độ tương tác giữa dòng chất lỏng với máy tính và điều khiển bằng chương trình và dòng điện trong môi trường xốp phụ thuộc Labview. Độ chênh lệch áp suất chất lỏng vào tính chất của chất lỏng và thành phần giữa hai đầu mẫu đá được đo bằng đồng hồ khoáng chất của môi trường xốp. Hầu hết đá đo áp suất (Endress and Hauser Deltabar S trầm tích và đất sẽ mang điện tích bề mặt âm PMD75). Phương pháp đo hệ số điện thế và do đó thế zeta cũng có giá trị âm khi tiếp chảy đã được trình bày chi tiết trong [1]. xúc với nước. Trước hết, hiệu điện thế giữa hai đầu mẫu đá Để nghiên cứu thực nghiệm sự phụ thuộc (ΔV) được đo ứng với các độ chênh lệch áp của hệ số điện thế chảy vào nồng độ dung suất (ΔP) khác nhau (bằng cách điều chỉnh 501
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3 tốc độ dòng chất lỏng đi qua mẫu rắn). Trên nhau. Cụ thể là hằng số liên kết của ion K+ cở sở đó mối quan hệ ΔV- ΔP được thu nhận lớn hơn ion Na+ [1]. Do đó, sẽ có nhiều ion ứng với các nồng độ khác nhau (hình 5). K+ bị hấp thụ vào bề mặt rắn của hạt khoáng Bằng cách tính hệ số góc của đường thẳng fit chất hơn so với các ion Na+ ứng với cùng các điểm thực nghiệm, chúng ta sẽ tìm được một nồng độ dung dịch. Vì vậy, điện thế zeta hệ số điện thế chảy. Ba phép đo được thực và hệ số điện thế chảy về độ lớn sẽ nhỏ hơn hiện ứng với mỗi nồng độ dung dịch để tìm ứng với dung dịch KCl. giá trị trung bình của hệ số điện thế chảy. Bảng 1 chỉ ra hệ số điện thế chảy ứng với các nồng độ dung dịch khác nhau. Hình 6. Sự phụ thuộc của hệ số điện thế chảy vào nồng độ dung dịch ứng với hai Hình 5. Sự phụ thuộc của hiệu điện thế giữa chất điện ly NaCl và KCl hai đầu mẫu đá vào độ chênh lệch áp suất ứng với dung dịch KCl – nồng độ 5.10 -4 M 3. KẾT LUẬN Từ bảng 1, sự phụ thuộc của hệ số điện thế Trong báo cáo này, chúng tôi đã trình bày chảy vào nồng độ dung dịch ứng với hai một cách ngắn gọn cơ sở lý thuyết của hiện dung dịch NaCl và KCl được chỉ ra trên hình tượng điện thế chảy, giới thiệu hệ thí nghiệm 6. Kết quả cho thấy hệ số điện thế chảy luôn đo hệ số điện thế chảy, chỉ ra sự phụ thuộc của mang giá trị âm và có độ lớn giảm khi nồng hệ số điện thế chảy vào nồng độ dung dịch độ dung dịch tăng. Giá trị âm của hệ số điện cũng như loại dung dịch điện phân ứng với thế chảy chứng tỏ gradient của điện thế sẽ cùng mẫu đá. Kết quả đo đạc chỉ ra (1) hệ số ngược dấu với gradient của áp suất chất lỏng điện thế chảy có độ lớn giảm khi nồng độ dung và điện thế chảy liên quan đến sự rò rỉ của dịch tăng ứng với cùng một loại dung dịch; (2) nước qua các công trình ngăn nước sẽ tăng hệ số điện thế chảy của dung dịch NaCl lớn theo chiều dòng chảy của nước và ngược lại. hơn so với KCl ứng với cùng nồng độ. Bảng 1. Hệ số điện thế chảy (mV/bar) 4. LỜI CẢM ƠN ứng với các nồng độ dung dịch khác nhau Nhóm tác giả xin cảm ơn Giáo sư Rudolf Dung 0.1mM 0.5mM 1mM 2.5mM 5mM 10mM Sprik đã cung cấp mẫu và cho phép thực hiện dịch phép đo tại Đại học Amsterdam. NaCl -147 -115 -85 -49 -31 -17 KCl -98 -69 -53 -38 -20 -11 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO Ngoài ra, kết quả đo đạc cũng cho thấy [1] L.D.Thành, PhD thesis, "Electrokinetics in ứng với cùng mẫu đá, hệ số điện thế chảy porous media", Oct 2014, (University of phụ thuộc vào loại dung dịch chất điện phân Amsterdam). (ứng với cùng nồng độ dung dịch thì độ lớn [2] L. Jouniaux and T. Ishido, “Electrokinetics hệ số điện thế chảy của dung dịch NaCl lớn in Earth Sciences : A Tutorial,” International hơn so với KCl). Nguyên nhân là do (1) các Journal of Geophysics, vol. 2012, Article ID dung dịch chất điện phân khác nhau thì độ 286107, 16 pages, 2012. dẫn điện khác nhau ứng với cùng một nồng [3] Jacob H. Masliyah, Subir Bhattacharjee độ; (2) các dung dịch chất điện phân khác (2006), Electrokinetic and Colloid Transport nhau thì khả năng hấp thụ của các ion dương Phenomena, Wiley-Interscience. vào bề mặt rắn của hạt khoáng chất là khác 502

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.