Chất hoạt động bề mặt là gì ? cách xử lý ?
Chất hoạt động bề mặt có tên tiếng Anh: Surfactant hoặc Surface active agent là chất có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt giữa 2 chất lỏng hoặc giữa chất rắn và chất lỏng hoặc không khí và chất lỏng. Chất hoạt động bề mặt được phân loại là hợp chất hữu cơ và có bản chất lưỡng tính.
Đây là sản phẩm linh hoạt nhất của ngành công nghiệp hóa chất. Chúng được sử dụng trong mọi lĩnh vực công nghiệp, từ chất tẩy rửa gia dụng đến bùn khoan và thực phẩm cho đến dược phẩm.
Đặc điểm của chất hoạt động bề mặt
Chất hoạt động bề mặt đó là một loại hóa chất mà phân tử của nó gồm hai thành phần: một đầu phân cực (ưa nước) và một đuôi không phân cực (kị nước). Chính vì vậy, hoạt chất này bao gồm cả phần không tan trong nước và phần tan trong nước. Chất hoạt động bề mặt là những hợp chất làm giảm sức căng bề mặt giữa hai chất lỏng, giữa chất khí và chất lỏng, hoặc có thể giữa chất lỏng và chất rắn. Nó có thể hoạt động như chất tẩy rửa, chất làm ướt, chất nhũ hóa, chất tạo bọt hoặc chất phân tán.
- Phần không tan trong nước thường là một mạch Hydrocacbon dài 8-21, ankyl thuộc mạch ankal, ankle mạch thẳng hay có gắn vòng clo hay bezene…
- Phần tan trong nước thường là một nhóm ion hoặc non-ionic là nhóm phân cực mạnh như Cacboxyl (COO-), Hydroxyl (-OH), Amin (-NH2), sulfat (-OSO3)…
Cơ chế hoạt động của chất hoạt động bề mặt
Chất hoạt động bề mặt có cấu tạo gồm phần kỵ nước và ưa nước. Đuôi kỵ nước là hydrocarbon, fluorocarbon hoặc siloxane. Tại mặt phân cách, các chất hoạt động bề mặt tự sắp xếp sao cho phần kỵ nước nằm trong không khí (hoặc dầu) và phần ưa nước nằm trong nước.
Để đơn giản, chúng ta xem xét trường hợp giữa không khí-nước. Lực liên kết giữa các phân tử nước rất mạnh làm cho sức căng bề mặt của nước cao. Khi các chất hoạt động bề mặt hấp thụ, chúng phá vỡ các tương tác này. Lực liên phân tử giữa chất hoạt động bề mặt và phân tử nước thấp hơn nhiều so với giữa hai phân tử nước. Vì vậy, sức căng bề mặt sẽ giảm. Khi nồng độ chất hoạt động bề mặt cao, chúng tạo thành mixen.
Ví dụ xà phòng là chất hoạt động bề mặt quan trọng, chủ yếu thu được từ chất béo gọi là glyceride với axit béo có axit cacboxylic chuỗi dài. Nếu không có chất hoạt động bề mặt, việc giặt giũ sẽ khó khăn, làm sạch đồ gia dụng trong nhà bếp bởi các vết bẩn sẽ không được làm sạch hoàn toàn do sức căng bề mặt cao.
Phân loại các nhóm chất hoạt động bề mặt
Các chất hoạt động bề mặt được phân loại dựa trên đầu phân cực của chúng vì các đuôi kỵ nước thường giống nhau.
– Nếu đầu không có điện tích, chất hoạt động bề mặt được gọi là không ion.
– Nếu đầu mang điện tích âm hoặc dương thì tương ứng được gọi là anion hoặc cation.
– Nếu nhóm đầu chứa cả nhóm dương và âm thì chất hoạt động bề mặt lưỡng cực.
Chất hoạt động bề mặt ion
– Chất hoạt hóa dương: khi bị phân cực thì đầu phân cực mang điện dương. Những chất phổ biến như Cetyl trimêtylamôni bromide (CTAB), Polyethoxylated tallow amin (POEA), Benzethonium chloride (BZT)…
– Chất hoạt hóa âm: khi bị phân cực thì đầu phân cực mang điện âm như sulfat, sulfonat, photphat và cacboxylat… Những chất phổ biến như Natri dodecyl sulfat (SDS), Ankyl benzen sulfonat, amoni lauryl sulfat, và các muối ankyl sulfat khác…
Chất hoạt động bề mặt không ion
Có đầu phân cực không bị ion hóa. Chúng bao gồm Ankyl poly(etylen oxide), rượu cetyl, Decyl maltosit, Cocamit MEA, cocamit DEA, Copolymers của poly(etylen oxide) và poly(propylen oxide)…
Chất hoạt động bề mặt lưỡng cực
Tùy vào độ pH của dung môi mà khi bị phân cực thì đầu phân cực có thể mang điện âm hoặc mang điện dương. Những chất phổ biến như Coco ampho glycinat, Dodecyl betain, Dodecyl dimetylamin oxide, Cocamidopropyl betain…
Ứng dụng chất hoạt động bề mặt
Chất hoạt động bề mặt như chất nhũ hóa, chất tạo bọt và chất làm ẩm được sử dụng dựa trên các lĩnh vực sử dụng. Trong đó, chất hoạt động bề mặt anion và không ion cho đến nay là những loại được sử dụng nhiều nhất trong ngành.
Dưới đây là một số ứng dụng
– Dùng trong các sản phẩm tẩy rửa như bột giặt, kem đánh răng, sữa tắm, mỹ phẩm và dầu gội đầu… Nó còn đóng vai trò quan trọng trong việc làm sạch, thấm ướt, phân tán, nhũ hóa, tạo bọt và chống tạo bọt.
– Trong các công thức hóa chất nông nghiệp như thuốc diệt cỏ (một số), thuốc trừ sâu, chất diệt khuẩn (thuốc khử trùng) và chất diệt tinh trùng…
– Làm chất làm ướt và trong công nghiệp thực phẩm.
– Trong chữa cháy và đường ống (chất làm giảm lực cản của chất lỏng). Polyme chất hdbm kiềm cũng được sử dụng để huy động dầu trong giếng dầu.
– Được thêm vào chất bôi trơn động cơ ô tô giúp ích rất nhiều để giữ cho các hạt không dính vào các bộ phận của động cơ
Ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt đến môi trường
Đối với động thực vật thủy sinh, chất hoạt động bề mặt có tác động khủng khiếp đối với các loại sinh vật sống dưới môi trường biển. Đối với thực vật, hóa chất này sẽ làm biến dạng cơ cấu tế bào bên trong của các loại tảo biển, rong biển, v.v… sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng theo thời gian.
Sự ăn dần ăn mòn và suy yếu cấu trúc bên trong của các loài thực vật sẽ khiến chúng chết đi sau một thời gian ngắn. Đối với động vật thủy sinh, chất hdbm tuy không tác động trực tiếp đến chúng. Nhưng thông qua đường ăn uống, khi chúng ăn các loại tảo biển và sinh vật phù du có kích thước nhỏ bị nhiễm hóa chất này cũng sẽ nhiễm độc mà chết.
Ngoài ra nó còn làm cho môi trường nước giảm sự hòa tan của oxi trong nước, theo thời gian dài các sinh vật biển sẽ không có đủ oxy để hô hấp, sau đó chúng sẽ chết hàng loạt.
Cách xử lý chất hoạt động bề mặt
Thông thường trong xử lý nước thải người ta thường sử dụng chất phá bọt để xử lý chất hoạt động bề mặt.
Bài Viết Liên Quan: