Phương pháp khử bọt cho bọt quá mức do nồng độ chất hoạt động bề mặt tăng lên

Khi không khí đi vào pha lỏng, nó hầu như không tan trong nước và bị tách thành vô số bong bóng nhỏ bởi lực cắt bên ngoài, tạo thành hệ thống tạo bọt không đồng nhất. Sự hình thành bọt làm tăng đáng kể diện tích tiếp xúc khí-lỏng và tăng năng lượng tự do của hệ thống.

Khi nồng độ chất hoạt động bề mặt tăng lên, sức căng bề mặt của hệ ban đầu giảm mạnh và đạt đến giá trị cân bằng khi nồng độ tiếp tục tăng. Các thí nghiệm của Milles và Shedlovsky chứng minh rằng các điểm tối thiểu bất thường trên đường cong sức căng bề mặt chủ yếu là do tạp chất trong hệ thống hoặc tương tác giữa các chất hoạt động bề mặt khác nhau và điểm tới hạn đó đề cập đến Nồng độ Micelle tới hạn (CMC). Khi nồng độ chạm vào CMC, các phân tử chất hoạt động bề mặt dồi dào sẽ sắp xếp chặt chẽ trên bề mặt chất lỏng để tạo thành một màng đơn phân tử dày đặc, không có khe hở, giảm thiểu sức căng bề mặt tổng thể. Sức căng bề mặt thấp hơn làm giảm ngưỡng năng lượng tự do cho sự hình thành bọt, giúp việc tạo bọt dễ dàng hơn nhiều.

Trong sản xuất công nghiệp, chất hoạt động bề mặt thường được định lượng trên CMC để đảm bảo độ ổn định bảo quản lâu dài của nhũ tương. Mặc dù cải thiện độ ổn định của nhũ tương, nhưng sử dụng quá nhiều chất hoạt động bề mặt lại mang đến những nhược điểm rõ ràng: bên cạnh việc giảm sức căng bề mặt, chất hoạt động bề mặt dư thừa bao bọc không khí bên trong nhũ tương để tạo thành màng chất lỏng cứng và tạo thành lớp lưỡng phân tử trên bề mặt chất lỏng, làm tăng đáng kể độ khó phân hủy bọt.

Bọt là tập hợp của nhiều bong bóng, trong đó khí là pha phân tán và chất lỏng là pha liên tục. Khí bên trong bong bóng có thể khuếch tán qua các bong bóng lân cận hoặc thoát ra không khí xung quanh, cuối cùng dẫn đến bong bóng kết tụ và vỡ.

Nước tinh khiết hoặc dung dịch chất hoạt động bề mặt một thành phần có thành phần đồng nhất. Màng chất lỏng hình thành của chúng thiếu tính đàn hồi, do đó bọt tạo thành không ổn định và tự xẹp xuống. Các lý thuyết nhiệt động lực học cho rằng bọt được tạo ra từ chất lỏng nguyên chất chỉ là tạm thời và bị phân hủy thông qua sự thoát chất lỏng từ các bức tường màng.

Lớp phủ gốc nước chứa nước, chất nhũ hóa polymer và các chất phụ gia hoạt động bề mặt khác nhau bao gồm chất phân tán, chất làm ướt và chất làm đặc. Những hoạt chất cùng tồn tại này dễ dàng kích hoạt quá trình tạo bọt và ổn định bọt hiện có.

1. Sau khi tạo bọt, lực hút liên phân tử thúc đẩy các chất hoạt động bề mặt hấp phụ vào màng bong bóng. Các nhóm ưa nước kéo dài vào lớp nhũ tương bên ngoài trong khi các nhóm kỵ nước hướng về phía không khí bên trong bong bóng. Sự sắp xếp phân tử đều đặn ở bề mặt phân cách khí-lỏng tạo ra các màng đàn hồi có khả năng chống vỡ. Trọng lực gây ra sự thoát chất lỏng xuống màng bong bóng và làm mỏng một phần màng. Hai cơ chế tự sửa chữa ngăn ngừa sự sụp đổ của màng: Sự co đàn hồi Gibbs xảy ra khi diện tích màng mở rộng làm tăng sức căng bề mặt cục bộ và tạo ra độ dốc căng để thu nhỏ màng; Hiệu ứng Marangoni cho phép các phân tử chất hoạt động bề mặt được hấp phụ di chuyển từ vùng có áp suất thấp đến vùng có áp suất cao để có sức căng bề mặt đồng đều. Cùng với nhau, hai tác dụng duy trì bọt ổn định.

2. Chất nhũ hóa ion mang điện tích tĩnh trên màng bong bóng. Lực đẩy tĩnh điện giữa các bong bóng tích điện giống hệt nhau ngăn cản các bong bóng nhỏ hợp nhất thành các bong bóng lớn hơn, cản trở quá trình khử bọt và ổn định bọt tự nhiên.

3. Chất nhũ hóa chuỗi dài tạo ra lực hút liên phân tử mạnh mẽ giữa các chuỗi phân tử, mang lại cho màng bong bóng độ đàn hồi và độ bền cơ học tuyệt vời để chống nứt và làm chậm quá trình loại bỏ bọt.

4. Chất làm đặc được thêm vào để tăng độ nhớt của lớp phủ gốc nước. Độ nhớt cao hơn cản trở dòng chất lỏng giữa các bong bóng, làm chậm quá trình mỏng màng và ngăn chặn hiện tượng vỡ màng, giúp ổn định bọt và làm phức tạp quá trình khử bọt.