Trong đó: H: Hydroxyethyl cellulose (HEC) G: Glyxerin B: Butyldiglycol U: Ureaa
Kết quả cho thấy khi thay đổi thứ tự phối trộn thì thời gian bán hủy và SCBM của hệ vật liệu thay đổi không đáng kể nhưng thời gian khuấy trộn có thay đổi. Với thứ tự khuấy trộn BGHU tương ứng với thứ tự 6; 7; 8; 9 cho thời gian khuấy ngắn nhất là 29 phút vì vậy thứ tự phối liệu của các chất như sau: Nước;
DCF; LHSB; NPE; APG; Butyldiglycol; Glyxerin; HEC; Ureaa tương ứng với thứ tự phối trộn 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9.
3.1.6. hảo át th i gian khuấy và tốc độ khuấy
Tiến hành khảo sát tốc độ khuấy trộn trong quá trình chế tạo chất tạo bọt chữa cháy và xác định thời gian khuấy theo độ đồng nhất của dung dịch. Kết quả khảo sát được trình bày tại bảng 3.22.
Bảng 3.22. ết quả khảo sát thời gian khuấy và tốc độ khuấy
Tốc độ huấy (V/ph) | Thời gian huấy (Ph t) | Độ đồng nhất của dung dịch | Thời gian bán hủy (phút:giây) | Sức căng bề mặt (mN/m) | |
1 | 50 | 360 | Đồng nhất | 5:48 | 17,2 |
2 | 100 | 179 | Đồng nhất | 5:41 | 17,1 |
3 | 150 | 86 | Đồng nhất | 5:39 | 17,0 |
4 | 180 | 40 | Đồng nhất | 5:45 | 16,8 |
5 | 200 | 41 | Đồng nhất | 5:41 | 17,1 |
Có thể bạn quan tâm!
-
Các Mức Tối Ưu Hóa Trong Hệ Chất Tạo Bọt Chữa Cháy Tạo Màng Nước Bền Rượu -
Biến Thiên Ph Và Σ Của Hệ Dcf : Apg Theo Thời Gian Ủ Nhiệt -
Các Đường Đồng Mức Biểu Diễn Giá Trị Σ Theo Nồng Độ Các Chất Hđbm -
Biến Thiên Ph Và Σ Của Hệ Fb : Sles : Npe : Pfac Theo Thời Gian Ủ Nhiệt -
Giá Trị Ph Và Σ Của Các Mẫu Bọt Bền Rượu Tại Thời Điểm Ban Đầu -
![Tương Tác Phân Tử Tại Mặt Phân Cách Không Khí/chất Lỏng [105]](https://tailieuthamkhao.com/uploads/2022/07/13/nghien-cuu-xay-dung-he-chat-hoat-dong-be-mat-ben-nhiet-ung-dung-trong-14-1-120x90.jpg)
Tương Tác Phân Tử Tại Mặt Phân Cách Không Khí/chất Lỏng [105]
Xem toàn bộ 136 trang tài liệu này.
Kết quả cho thấy tốc độ khuấy tăng thì thời gian khuấy giảm, khi tốc độ tăng đến 200 vòng/phút thì thời gian khuấy không giảm mà tăng trở lại. Do vậy, để đảm bảo sự ổn định cho thiết bị và tiết kiệm năng lượng tiêu hao trong quá trình chế tạo luận án lựa chọn thời gian khuấy 180 vòng/phút để chế tạo chất tạo bọt chữa cháy AFFF.
Từ các kết quả khảo sát nồng độ tối ưu các thành phần chế tạo, công thức chế tạo chất tạo bọt chữa cháy tạo màng nước được lập như trong bảng 3.23:
Bảng 3.23. Công thức chế tạo chất tạo bọt chữa cháy tạo màng nước
Thành phần | Nồng độ (%) | |
1 | DuPont™ Capstone® fluorosurfactant (DCF) | 10,4 |
2 | Alkyl polyglucosides (APG) | 25,1 |
3 | Lauryl hydroxy sulfobetaine (LHSB) | 15 |
4 | Nonyl phenol ethoxylate (NPE) | 7,5 |
5 | Hydroxyethyl cellulose (HEC) | 1,0 |
6 | Urea | 1,5 |
Glycerin | 2,5 | |
8 | Butyl diglycol | 5,0 |
9 | Nước | 32 |
7
Sử dụng công trên để chế tạo để chế tạo mẫu bọt chất tạo bọt chữa cháy tạo màng nước, kiểm tra các thông số k thuật chính của sản phẩm. ết quả thu được, được trình bày tại bảng 3.24.
Bảng 3.24: Thông số k thuật chính của chất tạo bọt chữa cháy tạo màng nước
Chỉ tiêu | Nồng độ 0,5 % | |||
Lần 1 | Lần 2 | Lần 3 | ||
1 | Độ nở (lần) | 5,6 | 5,5 | 5,6 |
2 | Thời gian bán hủy (phút:giây) | 4:28 | 4:27 | 4:26 |
3 | pH | 7,1 | 7,0 | 7,1 |
4 | hối lượng riêng ở 250C (g/cm3) | 1,045 | 1,045 | 1,044 |
5 | Hiệu quả dập cháy (giây) | 266 | 279 | 276 |
6 | Mức chống cháy lại (giây) | 367 | 392 | 387 |
Kết quả xác định thông số k thuật chính của sản phẩm chất tạo bọt chữa cháy tạo màng nước 0,5% đều đạt yêu cầu cả về k thuật và hiệu quả dập cháy theo TCVN 7278 – 1 : 2003.
Sau khi chế tạo được bọt chữa cháy AFFF, tiếp tục tiến hành nghiên cứu chế tạo chất tạo bọt chữa cháy tạo màng nước bền rượu AR-AFFF trên cơ sở tương tự như như AFFF. Các kết quả được trình bày chi tiết trong mục 3.2
3.2. Chất tạo bọt chữa cháy tạo màng nước bền rượu
3.2.1. Nghiên cứu lựa chọn các chất HĐBM
Kết quả nghiên cứu trong các patents cho thấy để lựa chọn được chất HĐBM với tỉ lệ hàm lượng phù hợp với yêu cầu đặt ra thì tiêu chí về độ nở (từ 1-20 lần) và thời gian bán hủy (≥ 240 giây) cần được khảo sát trước. Tiến hành khảo sát độ nở và thời gian bán hủy của các chất HĐBM hydrocarbon với nồng độ 0,05 %. Kết quả được trình bày tại bảng 3.25:
Bảng 3.25: Độ nở và thời gian bán hủy của các chất HĐBM hydrocarbon
Chất HĐBM | Độ nở (lần) | Thời gian bán hủy (giây) | |
1 | Branch alkyl benzen sulfonat | 4,8 | 212 |
2 | Sodium laury ether sunfat | 6,2 | 342 |
3 | Sodium lauryl sulfat | 7,6 | 252 |
4 | Aryl sulfat | 5,1 | 208 |
5 | Alkylphenol ethoxylat | 4,1 | 271 |
6 | Nonylphenol ethoxylat | 4,4 | 245 |
7 | Lauryl hydoxysulfo betain | 4,0 | 285 |
Kết quả cho thấy có 5 chất HĐBM hydrocarbon là Sodium lauryl ether sunfat (SLES); Sodium lauryl sulfat (SLS); Alkylphenol ethoxylat (APE); Nonylphenol ethoxylat (NPE) và Lauryl hydoxysulfo betain (LHSB) có thời gian bán hủy và độ nở đạt yêu cầu.
Sử dụng chất HĐBM fluor hóa fluoroalkyl betain (FB) để thực hiện các nghiên cứu chế tạo chất tạo bọt chữa cháy bền rượu. ết quả khảo sát độ nở, thời gian bán hủy và hệ số lan truyền của dung dịch FB trong nước được trình bày tại bảng 3.26:
Bảng 3.26: Độ nở và thời gian bán hủy của dung dịch FB
Độ nở (lần) | Thời gian bán hủy (phút:giây) | SCBM (mN/m) | SCBM liên diện (mN/m) | Hệ số lan truyền | |
0,005 | 4,1 | 4:21 | 19,2 | 6,8 | 0,5 |
0,01 | 4,7 | 5:10 | 18,6 | 6,3 | 1,6 |
0,05 | 5,2 | 5:43 | 17,2 | 6,0 | 3,3 |
0,1 | 5,8 | 6:02 | 16,9 | 5,7 | 3,9 |
0,15 | 6,2 | 6:21 | 16,4 | 5,3 | 4,8 |
0,2 | 6,6 | 6:36 | 16,3 | 5,2 | 5,0 |
Kết quả cho thấy khi tăng nồng độ FB thì các giá trị về độ nở, thời gian bán hủy bọt và hệ số lan truyền của dung dịch cũng tăng. Trong khi đó, SCBM của dung
dịch giảm đáng kể. Để đạt được hiệu quả tối ưu cần sử dụng FB kết hợp với các chất HĐBM hydrocarbon.
Khảo sát sự tương hợp của các chất HĐBM fluor hóa và chất HĐBM hydrocarbon được tiến hành bằng cách phối trộn theo các tỷ lệ 1:4, 1:3, 1:2, 1:1, 3:1, 2:1 tương ứng, với nồng độ tổng là 0,2% trong nước. Dung dịch tạo thành được khảo sát khả năng bền nhiệt tại nhiệt độ thử cháy lại là 150°C trong 8h. ết quả khảo sát khả năng tương hợp và độ bền nhiệt được thể hiện tại bảng 3.27.
Bảng 3.27: Sự tương hợp của các hỗn hợp chất HĐBM
Nhận xét | ||||||
1:4 | 1:3 | 1:2 | 1:1 | 2:1 | 3:1 | |
FB : SLES | Trong | Trong | Trong | Trong | Trong | Trong |
FB : SLS | Trong | Trong | Trong | Trong | Đục | Đục |
FB : APE | Trong | Trong | Trong | Trong | Đục | Đục |
FB : NPE | Trong | Trong | Trong | Trong | Trong | Trong |
FB : LHSB | Đục | Đục | Đục | Đục | Đục | Đục |
Các hỗn hợp trên được phối trộn với nồng độ tổng 0,2% | ||||||
ết quả khảo sát sự tương hợp và độ bền nhiệt của hỗn hợp các chất HDDBM cho thấy các hỗn hợp FB : SLS; FB : APE và FB : LHSB sau 8h ủ nhiệt thấy dung dịch bị đục. Điều này chứng tỏ các hỗn hợp này có độ tương hợp và độ bền nhiệt kém. Hỗn hợp FB : SLES và FB : NPE sau 8h ủ nhiệt dung dịch thu được trong hoàn toàn. ết quả thực nghiệm xác định được 2 chất HĐBM hyrocarbon là SLES và NPE phù hợp cho các nghiên cứu tiếp theo.
Lựa chọn sản phẩm polyme fluor hóa Partially fluorinated acrylic copolymer (PFAC), thành phần làm tăng khả năng bền nhiệt của các bong bong bọt ở điều kiện nhiệt độ cao trong dung môi phân cực để nghiên cứu.
Tiến hành pha các chất HĐBM FB, PFAC, NPE, SLES trong nước với các nồng độ khác nhau. Sự thay đổi SCBM theo nồng độ của từng chất HĐBM được thể hiện trong hình 3.6.
80
70
FB (mN/m) PFAC (mN/m) NPR (mN/m) SLES (mN/m)
60
50
40
30
20
10
0
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
Nồng độ chất HĐBM (%)
Sức căng bề mặt (mN/m)
Hình 3.6: Đồ thị biểu diễn SCBM của các chất HĐBM theo nồng độ
ết quả cho thấy, các chất HĐBM hydrocarbon có giá trị SCBM cao hơn so với chất HĐBM fluor hóa nên trong quá trình xây dựng hệ vật liệu lựa chọn chất HĐBM fluor hóa FB làm thành phần chính. Mặt khác, các chất HĐBM fluor hóa thường được khuyến nghị sử dụng với hàm lượng thấp nên việc nghiên cứu kết hợp nhiều chất HĐBM hydrocarbon để tạo ra hệ vật liệu có hàm lượng fluor thấp mà vẫn đáp ứng được các tiêu chuẩn về sản phẩm là cần thiết.
3.2.2. Xác định khả năng tương hợp và bền nhiệt của hỗn hợp các chất HĐBM
Chất HĐBM fluor hóa FB khi kết hợp với các chất HĐBM hydrocarbon riêng lẻ: NPE, SLES đều cho kết quả tốt về sự tương hợp và bền nhiệt khi sử dụng với nước. Vì vậy, lựa chọn chất HĐBM FB là thành phần chính và khảo sát với sự có mặt của các chất NPE, SLES trong sự có mặt của chất trợ HĐBM và phụ gia để xác định công thức tổ hợp trội và khả năng bền nhiệt.
3.2.2.1. Hệ gồm 2 chất HĐBM
- Hệ gồm FB : SLES
Pha hỗn hợp FB và SLES với các tỉ lệ khác nhau và xác định pH và σ tại thời điểm ban đầu trước ủ nhiệt, kết quả được trình bày tại bảng 3.28. Tiến hành khảo sát sự biến đổi pH và σ của hệ dung dịch theo thời gian ủ ở nhiệt độ 150°C trong 8 giờ kết quả được trình bày tại bảng 3.29.
Bảng 3.28. Giá trị pH và σ của hệ FB : SLES tại thời điểm ban đầu
Tỷ lệ FB : SLES | ||||
1 : 1 | 1 : 2 | 1 : 3 | 1 : 4 | |
pH | 7,68 | 7,81 | 7,76 | 7,78 |
σ (mN/m) | 21,05 | 20,14 | 20,23 | 20,07 |
Bảng 3.29. Biến thiên pH và σ của hệ FB : SLES theo thời gian ủ nhiệt
Tỷ lệ FB : SLES | ||||||||
1 : 1 | 1 : 2 | 1 : 3 | 1 : 4 | |||||
ΔpH | Δσ (mN/m) | ΔpH | Δσ (mN/m) | ΔpH | Δσ (mN/m) | ΔpH | Δσ (mN/m) | |
1 | 0,45 | 0,82 | 0,41 | 0,51 | 0,40 | 0,77 | 0,42 | 0,57 |
2 | 0,59 | 0,98 | 0,42 | 0,60 | 0,71 | 0,95 | 0,45 | 0,61 |
3 | 0,72 | 1,17 | 0,44 | 0,63 | 0,83 | 0,91 | 0,49 | 0,70 |
4 | 0,84 | 1,29 | 0,56 | 0,61 | 0,93 | 1,21 | 0,51 | 0,65 |
6 | 0,99 | 1,37 | 0,61 | 0,72 | 1,13 | 1,18 | 0,63 | 0,71 |
8 | 1,27 | 1,51 | 0,79 | 0,73 | 1,32 | 1,30 | 0,84 | 0,89 |
ết quả cho thấy với tỉ lệ FB : SLES = 1 : 2 thì pH của dung dịch giảm và σ tăng, độ biến thiên nhỏ hơn so với các tỉ lệ khác, do vậy lựa chọn tỉ lệ FB : SLES = 1 : 2 để nghiên cứu ảnh hưởng của NPE. Mặt khác, giá trị SCBM của hỗn hợp thấp hơn nhiều so hệ chất không có chất HĐBM không fluor hóa, vì vậy trong các nghiên cứu sau luận án lựa chọn chất HĐBM fluor hóa FB làm thành phần chính.
3.2.2.2. Hệ gồm 3 chất HĐBM
- Hệ gồm FB : SLES : NPE
Pha hỗn hợp FB; SLES và NPE theo các tỉ lệ khác nhau, xác định pH và σ tại thời điểm ban đầu trước khi đem ủ, kết quả được trình bày tại bảng 3.30. Tiến hành khảo sát sự biến đổi pH và σ của hệ dung dịch theo thời gian ủ ở nhiệt độ 1500C trong 8h, kết quả thu được trình bày trong bảng 3.31.
Bảng 3.30: Giá trị pH và σ của hệ FB : SLES : NPE tại thời điểm ban đầu
Tỷ lệ FB : SLES : NPE | ||||
1 : 2 : 1 | 1 : 2 : 2 | 1 : 2 : 3 | 1 : 2 : 4 | |
pH | 7,36 | 7,54 | 7,81 | 7,28 |
σ (mN/m) | 19,24 | 20,11 | 19,41 | 19,47 |
Bảng 3.31: Biến thiên pH và σ của hệ FB : SLES : NPE theo thời gian ủ nhiệt
Tỷ lệ FB : SLES : NPE | ||||||||
1 : 2 : 1 | 1 : 2 : 2 | 1 : 2 : 3 | 1 : 2 : 4 | |||||
ΔpH | Δσ (mN/m) | ΔpH | Δσ (mN/m) | ΔpH | Δσ (mN/m) | ΔpH | Δσ (mN/m) | |
1 | 0,56 | 0,67 | 0,50 | 0,98 | 0,54 | 0,69 | 0,53 | 0,66 |
2 | 0,57 | 0,61 | 0,57 | 0,92 | 0,53 | 0,72 | 0,56 | 0,73 |
3 | 0,51 | 0,74 | 0,61 | 1,23 | 0,53 | 0,69 | 0,59 | 0,70 |
4 | 0,68 | 0,72 | 0,79 | 1,36 | 0,78 | 0,74 | 0,75 | 0,75 |
6 | 0,89 | 0,71 | 0,95 | 1,42 | 0,71 | 0,74 | 0,83 | 0,71 |
8 | 0,93 | 0,67 | 1,26 | 1,51 | 0,89 | 0,77 | 0,97 | 0,79 |
Kết quả thu được cho thấy so với hệ 2 chất HĐBM (FB, SLES) thì hệ 3 chất HĐBM (có thêm NPE) có khả năng làm giảm SCBM hơn ở thời điểm ban đầu (chưa ủ nhiệt). Như vậy việc thêm NPE đã làm giảm SCBM của hệ 3 chất HĐBM. Điều này được giải thích là vì NPE có đặc điểm tạo thành các bong bóng bọt nhỏ phân bố xen kẽ với các bong bóng bọt lớn của SLES. ết quả khảo sát sự biến thiên pH và SCBM của hệ 3 chất HĐBM cho thấy ở tỷ lệ FB : SLES : NPE = 1 : 2 : 1 sự tăng SCBM và giảm pH là không đáng kể và ổn định. Tuy nhiên, SCBM của hệ trên vẫn còn cao nên tiếp tục nghiên cứu sử dụng chất trợ HĐBM polyme fluor hóa PFAC.
Chất trợ HĐBM PFAC tuy khả năng tạo bọt hạn chế hơn các chất khác nhưng là chất có độ bền nhiệt cao do được fluor hóa. SCBM của PFAC trong vùng khoảng 26 mN/m thấp hơn SCBM của 2 chất HĐBM hydrocarbon đang nghiên cứu nên có thể đưa vào để tạo hệ tổ hợp hợp trội giúp giảm SCBM xuống giá trị thấp hơn.