Nghiên cứu xây dựng hệ chất hoạt động bề mặt bền nhiệt ứng dụng trong công nghệ sản xuất chất tạo bọt chữa cháy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

Có thể bạn quan tâm!

Nghiên cứu xây dựng hệ chất hoạt động bề mặt bền nhiệt ứng dụng trong công nghệ sản xuất chất tạo bọt chữa cháy - 2
Bọt Chữa Cháy Tạo Màng Nước Chữa Cháy Bể Xăng Dầu Và Trạm Xăng Dầu [9]
Bọt Chứa Chất Hđbm Fluor Hóa Trên Bề Mặt Nhiên Liệu [48]

Xem toàn bộ 136 trang tài liệu này.

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

-----------------------------

NGUYỄN THỊ NGOAN

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT BỀN NHIỆT ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ

SẢN XUẤT CHẤT TẠO BỌT CHỮA CHÁY

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn của TS. Lê Văn Thụ và TS. Nguyễn Thị Mùa. Các số liệu trình bày trong luận án là trung thực và chưa được công bố ở bất kỳ một công trình nào khác.

NGHIÊN CỨU SINH

Nguyễn Thị Ngoan

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện luận án nghiên cứu sinh, tôi đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ, động viên từ thầy cô, bạn bè và gia đình để tôi có thêm động lực và sức mạnh hoàn thành tốt bản luận án Tiến sĩ này.

Với lòng kính trọng và biết ơn, tôi xin chân thành cảm ơn TS. Lê Văn Thụ và TS. Nguyễn Thị Mùa, đã luôn tận tình hướng dẫn, định hướng kịp thời, chỉ bảo, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án.

Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Trung tâm Phát triển công nghệ cao, cùng toàn thể đồng nghiệp Phòng Phát triển công nghệ hóa học đã tạo điều kiện thuận lợi về môi trường khoa học chuyên nghiệp, cơ sở vật chất và các thủ tục hành chính thuận lợi trong quá trình nghiên cứu và học tập.

Tôi xin gửi lời cảm ơn Học viện khoa học và Công nghệ đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận án.

Tôi xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ từ đề tài: “Nghiên cứu công nghệ sản xuất 05 hệ chất tạo bọt chữa cháy thế hệ mới phục vụ công tác phòng cháy, chữa cháy” - Mã số ĐTĐLCN 35/16.

Cuối cùng, tôi xin gửi lòng biết ơn đến gia đình đã luôn tin tưởng và là nguồn động lực to lớn để tôi hoàn thành luận án này.!

Hà Nội, ngày tháng năm 2021

NGHIÊN CỨU SINH

Nguyễn Thị Ngoan

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH viii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 3

1.1. Tổng quan về chất tạo bọt chữa cháy 3

1.1.1. Giới thiệu chung về chất tạo bọt chữa cháy 3

1.1.2. Chất tạo bọt tạo màng nước 5

1.1.3. Chất tạo bọt chữa cháy tạo màng nước bền rượu 7

1.2. Thành phần của chất tạo bọt chữa cháy 8

1.2.1. Chất hoạt động bề mặt 10

1.2.2. Chất trợ HĐBM và các polyme bền rượu 15

1.2.3. Các chất phụ gia 16

1.2.4. Ứng dụng một số hợp chất chứa silic trong bọt chữa cháy 16

1.3. Vai trò và nguyên lý dập cháy của bọt chữa cháy 19

1.3.1. Nguyên nhân hình thành đám cháy chất lỏng 19

1.3.2. Nguyên lý dập cháy của bọt chữa cháy 20

1.4. Tình hình nghiên cứu chất tạo bọt chữa cháy trên thế giới và Việt Nam 22

1.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới 22

1.4.2. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam 26

CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29

2.1. Hóa chất và thiết bị 29

2.1.1. Hóa chất 29

2.1.2. Thiết bị 30

2.2. Phương pháp phân tích đánh giá 30

2.2.1. Phương pháp xác định tính chất hóa lý của chất tạo bọt chữa cháy 30

2.2.2. Phương pháp xác định tính ổn định của bọt 33

2.3.3. Phương pháp xác định sự tương hợp và độ bền nhiệt 34

2.3.4. Phương pháp quy hoạch hóa thực nghiệm và tối ưu hóa 35

2.3.5. Phương pháp thử nghiệm đánh giá kết quả 36

2.3. Thực nghiệm 38

2.3.1. Chế tạo bọt chữa cháy tạo màng nước 39

2.2.2. Phân tán các hợp chất chứa silic trong chất tạo bọt AFFF 43

2.2.3. Chế tạo bọt chữa cháy tạo màng nước bền rượu 43

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 49

3.1. Chất tạo bọt chữa cháy tạo màng nước (AFFF) 49

3.1.1. Nghiên cứu lựa chọn các chất HĐBM 49

3.1.2. Xác định khả năng tương hợp và bền nhiệt của hỗn hợp các chất

HĐBM 52

3.1.3. Tối ưu hóa phối trộn các chất HĐBM 57

3.1.4. Nghiên cứu lựa chọn chất trợ HĐBM và chất phụ gia 62

3.1.5. Khảo sát thứ tự đồng hóa 67

3.1.6. hảo sát thời gian khuấy và tốc độ khuấy 70

3.2. Chất tạo bọt chữa cháy tạo màng nước bền rượu 71

3.2.1. Nghiên cứu lựa chọn các chất HĐBM 71

3.2.2. Xác định khả năng tương hợp và bền nhiệt của hỗn hợp các chất

HĐBM 74

3.2.3. Tối ưu hóa phối trộn các chất HĐBM 78

3.2.4. Nghiên cứu lựa chọn polyme tạo bền rượu và chất phụ gia 83

3.2.5. Khảo sát thứ tự đồng hóa 86

3.2.6. hảo sát thời gian khuấy và tốc độ khuấy 88

3.3. Nghiên cứu sử dụng một số hợp chất chứa silic trong nâng cao đặc tính bọt chữa cháy 90

3.3.1. Ảnh hưởng của một số hợp chất chứa silic đến tính chất dung dịch

AFFF 90

3.3.2. Ảnh hưởng của một số hợp chất chứa silic đến độ ổn định bọt 95

3.4. Thử nghiệm 99

3.4.1. Thử nghiệm theo quy mô nhỏ 99

3.4.2. Thử nghiệm theo Tiêu chuẩn Việt Nam 101

3.4.3. Thử nghiệm theo quy mô nhỏ chất tạo bọt chữa cháy tạo màng

nước AFFF có chứa natri silicat 102

NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 104

KẾT LUẬN 105

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 107

TÀI LIỆU THAM KHẢO 108

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Alkylphenol ethoxylate
AFFF	Chất tạo bọt chữa cháy tạo màng nước
AOPF	Amine oxide partially fluorinated surfactant
AOS	Alpha-Olefine Sulfonate
APG	Alkyl polyglucosides
AR-AFFF	Chất tạo bọt chữa cháy tạo màng nước bền rượu
AS	Aryl sulfate
BAS	Branched alkyl benzene sulfonate
BPF	Betaine Partially Fluorinated
CAFS	Hệ thống phun bọt khí nén
CMC	Nồng độ mixen tới hạn
DCF	DuPont™ Capstone® fluorosurfactant
FB	Fluoroalkyl betaine
FFFP	Bọt chữa cháy protein
HĐBM	Hoạt động bề mặt
HEC	Hydroxyethyl cellulose
LHSB	Lauryl hydroxy sulfobetaine
NPE	Nonyl phenol ethoxylate
PCCC	Phòng cháy chữa cháy
PFAC	Partially fluorinated acrylic copolymer
PFOA	Perfluorooctanoic acid
PFOS	Perfluorooctanyl sulfonate
S	Hệ số lan truyền
SCBM	Sức căng bề mặt
SLES	Sodium laury ether sunfate
SLS	Sodium lauryl sulfate
TCVN	Tiêu chuẩn Việt Nam
σ	Sức căng bề mặt
σA	Sức căng bề mặt của dung dịch bọt chữa cháy
σF	Sức căng bề mặt của cyclohexan
σI	Sức căng bề mặt liên diện giữa hai chất lỏng

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Công thức lòi của chất tạo bọt tạo màng nước 9

Bảng 1.2: Công thức lòi của chất tạo bọt tạo màng nước bền rượu 9

Bảng 1.3: Một số đuôi kỵ nước và đầu ưa nước quan trọng của chất HĐBM 11

Bảng 1.4: Chất hoạt động fluor hóa sử dụng trong chế tạo chất tạo bọt

chữa cháy 14

Bảng 1.5: Sức căng bề mặt nhỏ nhất và hệ số lan truyền của các dung dịch

ở nhiệt độ phòng 18

Bảng 1.6: So sánh thời gian dập tắt của chất tạo bọt siloxan và chất tạo bọt thương mại 23

Bảng 2.1: Hóa chất thí nghiệm 29

Bảng 2.2: Các mức tối ưu hóa trong hệ chất tạo bọt chữa cháy tạo màng nước .41 Bảng 2.3: Các mức tối ưu hóa trong hệ chất tạo bọt chữa cháytạo màng nước

bền rượu 46

Bảng 3.1: ết quả khảo sát độ nở và thời gian bán hủy

của các chất HĐBM hydrocarbon 49

Bảng 3.2: Độ nở và thời gián bán hủy của dung dịch DuPont™ Capstone® fluorosurfactant 1440 (DCF) 50

Bảng 3.3. Giá trị pH và σ của hệ DCF : APG tại thời điểm ban đầu 52

Bảng 3.4. Biến thiên pH và σ của hệ DCF : APG theo thời gian ủ nhiệt 53

Bảng 3.5: Giá trị pH và σ của hệ DCF : APG : LHSB tại thời điểm ban đầu 54

Bảng 3.6. Biến thiên pH và σ của hệ DCF : APG : LHSB theo thời gian ủ nhiệt 54

Bảng 3.7. Giá trị pH và σ của hệ DCF : APG : NPE tại thời điểm ban đầu 55

Bảng 3.8. Biến thiên pH và σ của hệ DCF : APG : NPE theo thời gian ủ nhiệt .55

Bảng 3.9. Biến thiên pH và σ của hệ DCF : APG : LHSB : NPE với tỉ lệ

1 : 3 : 2 : 1 theo thời gian ủ nhiệt 56

Bảng 3.10. hảo sát độ nở, thời gian bán hủy của hệ chất HĐBM 56

Bảng 3.11. ết quả tính toán σ của các thí nghiệm quy hoạch theo ma trận

yếu tố toàn phần 58

Bảng 3.12. ết quả thí nghiệm theo phương pháp quay bậc 2 Box – Hunter 59