Cơ chế hoạt động của chất tách nhũ tương dầu thô dựa trên nguyên lý chuyển pha – biến dạng ngược. Khi thêm chất tách nhũ tương, một sự chuyển pha xảy ra: các chất hoạt động bề mặt có khả năng tạo ra loại nhũ tương ngược với loại được tạo ra bởi chất nhũ hóa (được gọi là chất tách nhũ tương pha ngược) xuất hiện. Các chất tách nhũ tương này phản ứng với các chất nhũ hóa kỵ nước để tạo thành phức chất, do đó làm mất khả năng nhũ hóa của chất nhũ hóa.
Một cơ chế khác là sự phá vỡ màng liên kết giữa các pha do va chạm. Trong điều kiện gia nhiệt hoặc khuấy trộn, chất phá nhũ có nhiều cơ hội va chạm với màng liên kết của nhũ tương, hoặc hấp phụ lên đó hoặc thay thế một phần các chất hoạt động bề mặt, do đó làm phá vỡ màng. Điều này làm giảm đáng kể độ ổn định, thúc đẩy sự kết tụ và hợp nhất dẫn đến sự phá vỡ nhũ tương.
Nhũ tương dầu thô thường xuất hiện trong quá trình sản xuất và tinh chế các sản phẩm dầu mỏ. Hầu hết các loại dầu thô nguyên liệu trên thế giới đều được thu được ở trạng thái nhũ tương. Nhũ tương bao gồm ít nhất hai chất lỏng không hòa tan, trong đó một chất được phân tán mịn – các giọt có đường kính khoảng 1 μm – bên trong chất kia.
Một trong hai chất lỏng này thường là nước, chất còn lại thường là dầu. Dầu có thể được phân tán mịn trong nước đến mức nhũ tương trở thành loại dầu trong nước (O/W), trong đó nước là pha liên tục và dầu là pha phân tán. Ngược lại, nếu dầu tạo thành pha liên tục và nước là pha phân tán, thì nhũ tương là loại nước trong dầu (W/O) — hầu hết các nhũ tương dầu thô thuộc loại thứ hai này.
Các phân tử nước hút nhau, cũng như các phân tử dầu; tuy nhiên, giữa các phân tử nước và dầu riêng lẻ tồn tại một lực đẩy tác động tại bề mặt tiếp xúc của chúng. Sức căng bề mặt làm giảm thiểu diện tích bề mặt tiếp xúc, do đó các giọt trong nhũ tương nước/dầu có xu hướng hình cầu. Hơn nữa, các giọt riêng lẻ có xu hướng kết tụ, tổng diện tích bề mặt của các giọt kết tụ nhỏ hơn tổng diện tích của các giọt riêng lẻ. Vì vậy, nhũ tương của nước tinh khiết và dầu tinh khiết vốn không ổn định: pha phân tán có xu hướng kết tụ, tạo thành hai lớp riêng biệt khi lực đẩy tại bề mặt tiếp xúc bị triệt tiêu—ví dụ, bằng cách tích tụ các hóa chất đặc biệt tại bề mặt tiếp xúc, làm giảm sức căng bề mặt. Về mặt công nghệ, nhiều ứng dụng khai thác hiệu ứng này bằng cách thêm các chất nhũ hóa thông thường để tạo ra các nhũ tương ổn định. Bất kỳ chất nào ổn định nhũ tương theo cách này phải có cấu trúc hóa học cho phép tương tác đồng thời với cả phân tử nước và dầu—nghĩa là, nó phải chứa một nhóm ưa nước và một nhóm kỵ nước.
Tính ổn định của nhũ tương dầu thô đến từ các chất tự nhiên có trong dầu, thường mang các nhóm phân cực như nhóm carboxyl hoặc phenolic. Chúng có thể tồn tại dưới dạng dung dịch hoặc phân tán keo, tạo ảnh hưởng đặc biệt khi bám vào các bề mặt tiếp xúc. Trong những trường hợp như vậy, hầu hết các hạt phân tán trong pha dầu và tích tụ tại giao diện dầu-nước, sắp xếp cạnh nhau với các nhóm phân cực hướng về phía nước. Do đó, một lớp giao diện ổn định về mặt vật lý được hình thành, tương tự như một lớp vỏ rắn giống như một lớp hạt hoặc mạng tinh thể parafin. Bằng mắt thường, điều này biểu hiện như một lớp phủ bao bọc lớp giao diện. Cơ chế này giải thích sự lão hóa của nhũ tương dầu thô và khó khăn trong việc phá vỡ chúng.
Trong những năm gần đây, nghiên cứu về cơ chế tách nhũ tương dầu thô chủ yếu tập trung vào việc điều tra chi tiết các quá trình kết tụ giọt và tác động của chất tách nhũ tương lên các tính chất lưu biến bề mặt. Tuy nhiên, do tác dụng của chất tách nhũ tương lên nhũ tương rất phức tạp, và mặc dù đã có nhiều nghiên cứu sâu rộng trong lĩnh vực này, vẫn chưa có một lý thuyết thống nhất nào về cơ chế tách nhũ tương được hình thành.
Hiện nay, có một số cơ chế được công nhận:
③ Cơ chế hòa tan – Một phân tử hoặc một vài phân tử chất phá nhũ có thể tạo thành micelle; các cuộn phân tử lớn hoặc micelle này hòa tan các phân tử chất nhũ hóa, dẫn đến sự phân hủy dầu thô đã được nhũ hóa.
④ Cơ chế biến dạng gấp nếp – Quan sát dưới kính hiển vi cho thấy nhũ tương W/O có lớp vỏ nước kép hoặc đa lớp, với các lớp vỏ dầu nằm giữa chúng. Dưới tác động kết hợp của gia nhiệt, khuấy trộn và chất phá nhũ, các lớp bên trong của các giọt trở nên liên kết với nhau, dẫn đến sự kết tụ và phá vỡ cấu trúc giọt.
Ngoài ra, các nghiên cứu trong nước về cơ chế tách nhũ tương đối với hệ dầu thô nhũ hóa trong nước cho thấy rằng một chất tách nhũ tương lý tưởng phải đáp ứng các tiêu chí sau: hoạt tính bề mặt mạnh; khả năng làm ướt tốt; khả năng keo tụ đủ; và khả năng kết tụ hiệu quả.
Các chất phá nhũ tương có rất nhiều loại; được phân loại theo loại chất hoạt động bề mặt, chúng bao gồm các loại cation, anion, không ion và lưỡng tính.
Các chất phá nhũ anion: carboxylat, sulfonat, este sulfat axit béo polyoxyetylen, v.v. — nhược điểm bao gồm liều lượng cao, hiệu quả kém và dễ bị giảm hiệu suất khi có mặt chất điện giải.
Chất phá nhũ tương cation: chủ yếu là muối amoni bậc bốn — hiệu quả đối với các loại dầu nhẹ nhưng không phù hợp với các loại dầu nặng hoặc dầu đã để lâu.
Các chất tách nhũ tương không ion: copolyme khối được khởi đầu bằng amin; copolyme khối được khởi đầu bằng rượu; copolyme khối nhựa alkylphenol-formaldehyde; copolyme khối nhựa phenol-amin-formaldehyde; chất tách nhũ tương gốc silicon; chất tách nhũ tương có trọng lượng phân tử cực cao; polyphosphat; copolyme khối biến tính; và chất tách nhũ tương lưỡng tính được đại diện bởi các chất tách nhũ tương dầu thô gốc imidazolin.
Thời gian đăng bài: 04/12/2025