VINACHEM

Bọt có mặt ở khắp nơi trong công nghiệp hóa chất, có thể được phát hiện ở rấtnhiều quá trình sản xuất, từ sản xuất giấy, nhiên liệu sinh học, sản xuất và tinh chế dầu khí, cho đến sản xuất mỹ phẩm, xà phòng, nước gội đầu và sản xuất bia.

Đối với các nhà máy hóa chất, bọt là vấn đề lớn, vì nó có thể cản trở các phản ứng hóa học, làm tắc đường ống và van, làm hại tế bào sống, hạn chế khả năng lưu trữ hóa chất trong các thùng, bình, hoặc đơn giản là tạo ra sự hỗn độn khiến người ta phải mất công sức và chi phí để làm sạch.

Để hạn chế hoặc giảm sự hình thành bong bóng và bọt, nhiều nhà máy hóa chất đã bổ sung các chất phụ gia vào hỗn hợp phản ứng. Đó là những chất khử bọt như rượu hoặc glycol. Tuy nhiên, cácphụ gia này có thểảnh hưởng đến độ tinh khiết của sản phẩm hóa chất và cũng thường cần phải được lọc bỏ trong quá trình tiếp theo, làm tốn thêm thời gian và tăng chi phí sản xuất.

Vì bọt là sản phẩm phụ không mong muốn nên mỗi năm ước tính công nghiệp hóa chất trên thế giới đã phải chi ra khoảng 3 tỉ USD để kiểm soát và loại bỏ.

Trước tình hình trên, các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts MIT (Mỹ) đã quyết định tìm kiếm phương pháp đơn giản để kiểm soát bọt trong các phản ứng hóa học công nghiệp. Sau một thời gian nghiên cứu và thử nghiệm, họ đã giải quyết được thách thức lớn là tìm ra phương pháp loại bỏ bọt mà không sử dụng chất phụ gia.

Phương pháp do các nhà khoa học MIT đề xuất là một hệ thống tĩnh, đơn giản và không đắt tiền, dựa trên các tấm lưới hút bọt với kết cấu đặc biệt, có khả năng làm cho bọt vỡ ngay sau khi hình thành.

Đây là kiểu thiết kế mà các nhà khoa học gọi là “lưới hút khí”, nó hoạt động tương tự như bề mặt hút nước với khả năng thấm hút nước. Nhưng điểm khác nhau ở đây là, bề mặt hút nước khiến cho các giọt nước gắn lên bề mặt và sau đó lan rộng, phân tán ra xung quanh, trong khi đó bề mặt của lưới hút khí sẽ thu hút và làm cho các bong bóng lan rộng ra, sau đó biến mất.

Trong quá trình nghiên cứu, các nhà khoa học đã đi đến bước đột phá quyết định nhờ phân tích sâu sự hình thành của bong bóng và tương tác của chúng với các bề mặt. Sử dụng máy quay tốc độ cao, họ đã chứng kiến cách mà những bong bóng nổi lên một số lần trước khi giữ lại ở một vị trí nhất định. Cuối cùng, họ đã phát hiện bản chất vật lý gây ra hiện tượng nổi lên của bong bóng, từ đó đã thiết kế bề mặt thích hợp,có thểtác động đến các bong bóng.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng thông tin nói trên để thiết kế bề mặt có khả năng thu hút và phá vỡ bong bóng ngay tại chỗ. Dự định của họ là ngăn không cho bong bóng nổi lên trở lại để tạo thành bọt. Vì vậy, họ đã thiết kế những tấm lưới với kết cấu bề mặt đặc biệt để ngăn giữ bong bóng, sau đó làm cho chúng lan rộng ra và biến mất.

Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng, việc kết hợp cáclớpvật liệu khác nhau có kết cấu lưới với các kích cỡ khác nhau sẽ mang lại tác dụngtốt nhất, tạo thành sản phẩm có khả năng giảm thời gian nổi lên của bong bóng từ vài trăm mili giây xuống chỉ còn vài mili giây. Một hệ thống 3 lớp vớicác cỡ lưới khác nhau đã trở thành yếu tố then chốt để nhanh chóng thu giữ bong bóng và kiểm soát bọt.

Hệ thống kiểm soát bọt nói trên có thể được dễ dàng tích hợp vào các thiết bị phản ứng khác nhau, từ các thiết bị phản ứng sinh học cho đến các bình lên men, nhờ đó loại bỏ việc sử dụng các tác nhân chống tạo bọt.

Theo các chuyên gia công nghệ hóa chất, tuy phương pháp của các nhà khoa học MIT có vẻ đơn giản, nhưng trong tương lai nó sẽ có những tác động sâu rộng đến công nghiệp hóa chất. Thiết bị không đắt tiền này có tiềm năng sẽ thay thế các tác nhân phân tán bọt hoặc các chất hoạt động bề mặt tại các cơ sở sản xuất hóa chất thuộc mọi quy mô khác nhau.

HV, theo Chemistry & Industry 12-2019