Nghiên cứu sự phụ thuộc của hệ số điện thế chảy vào nồng độ và loại dung dịch

Bài viết Nghiên cứu sự phụ thuộc của hệ số điện thế chảy vào nồng độ và loại dung dịch nghiên cứu sự phụ thuộc của hiện tượng điện thế chảy vào nồng độ dung dịch và loại chất điện phân (NaCl và KCl) ứng với một mẫu đá trầm tích.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu sự phụ thuộc của hệ số điện thế chảy vào nồng độ và loại dung dịchTuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3 NGHIÊN CỨU SỰ PHỤ THUỘC CỦA HỆ SỐ ĐIỆN THẾ CHẢY VÀO NỒNG ĐỘ VÀ LOẠI DUNG DỊCH Lương Duy Thành, Nguyễn Mạnh Hùng, Phan Văn Độ Bộ môn Vật lý - Khoa Năng Lượng - Trường Đại học Thủy lợi1. GIỚI THIỆU CHUNG bị hút và cố định trên mặt phân cách do lực hút Hiện tượng điện thế chảy xuất hiện do chất tĩnh điện, lớp kế tiếp gọi là lớp khuếch tánlỏng chuyển động trong môi trường xốp trong đó các ion có thể chuyển động tự do.chẳng hạn như đất, đá... Hiện tượng này có Hình 1 minh họa sự phân bố điện tích trong lớp điện tích kép và thế ở vùng lân cận gần mặtliên hệ trực tiếp với sự tồn tại của lớp điệntích kép tại mặt phân cách giữa chất lỏng và phân cách. Bề dày của lớp điện tích kép vào khoảng 1-10 nm đối với hệ đất, đá trầm tíchbề mặt chất rắn trong môi trường xốp. Hiệntượng điện thế chảy có một vai trò quan trọng ngậm nước và nó phụ thuộc vào nhiệt độ, độ dẫn điện, loại ion có trong chất lỏng [3].trong ứng dụng địa Vật lý. Ví dụ như chúngđã được sử dụng để tìm dầu, nước, khí tựnhiên hoặc được sử dụng đề phát hiện ra sựrò rỉ của nước qua các công trình ngăn nướcnhư đập, đê, kênh. Hiện tượng điện thế chảyphụ thuộc vào nhiều tham số như thành phầnkhoáng chất của môi trường xốp, loại ion cótrong chất lỏng, độ pH, nồng độ dung dịchcủa chất lỏng, nhiệt độ của chất lỏng [1, 2].Trong báo cáo này, chúng tôi nghiên cứu sự Hình 1. Sự phân bố điện tích và điện thếphụ thuộc của hiện tượng điện thế chảy vào trong lớp điện tích kép tại mặt phân cáchnồng độ dung dịch và loại chất điện phân Do sự tồn tại của lớp điện tích kép ở mặt(NaCl và KCl) ứng với một mẫu đá trầm tích. phân cách giữa chất lỏng và chất rắn, nên có2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU sự tương tác giữa dòng chất lỏng và dòng điện trong môi trường xốp. Nói một cách Môi trường xốp như đất, đá được tạo bởi đơn giản, khi đặt lên môi trường xốp mộtcác hạt khoáng chất rắn như silicat, các oxit, điện trường, thì chất lỏng trong đó sẽ chuyểncác cacbonat. Khi một hạt khoáng chất tiếp động (hiện tượng thẩm điện). Ngược lại, khixúc với chất lỏng (thường là dung dịch điện chất lỏng chuyển động trong môi trường xốpphân), bề mặt của hạt sẽ bị nhiễm điện. Điện thì xuất hiện dòng điện trong đó (hiện tượngtích bề mặt sẽ đẩy các ion cùng dấu trong điện thế chảy). Cụ thể là khi dòng chất lỏngchất lỏng ra xa và hút các ion trái dấu lại gần trong môi trường xốp chuyển động, các iontrong vùng lân cận gần mặt phân cách giữa trong lớp điện tích kép sẽ chuyển động theo.chất rắn và chất lỏng. Điều này dẫn đến sự Sự chuyển động của các ion mang điện nàyphân bố lại điện tích trong chất lỏng và tạo ra tạo ra một dòng điện gọi là dòng điện chảy vàmột lớp điện tích kép ở mặt phân cách. một điện trường trong môi trường xốp. Điện Lớp điện tích kép gồm một lớp cố định trường được tạo ra này lại gây ra một dòngnằm ngay sát mặt phân cách trong đó các ion điện dẫn theo chiều ngược lại (Hình 2). Do 500 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3đó, người ta có thể đo được một hiệu điện thế dịch của chất điện ly, một mẫu đá trầm tíchgiữa hai điểm nào trong môi trường xốp khi Berea (nhận từ công ty Shell-Hà Lan) cócó dòng chất lỏng chuyển động trong đó và đường kính 25 mm và chiều dài 55 mm nhưhiệu điện thế này được gọi là hiệu điện thế hình 3 được sử dụng. Dung dịch chất điệnchảy. Hình 2 minh họa sự hình thành hiệu phân là dung dịch muối NaCl và KCl ứng vớiđiện thế chảy khi chất lỏng được bơm qua các nồng độ khác nhau (10−4 M, 5.0×10−4 M,một ống mao dẫn (Môi trường xốp được tạo 10−3 M, 2.5×10−3 M, 5.0×10−3 M và 10−2 M).bởi vô số các ống mao dẫn). Việc đo đạc hệ số điện thế chảy được thực hiện ở nhiệt độ phòng (22 ±1o C). Hình 2. Sự hình thành điện thế chảy khi chất lỏng được bơm qua một ống mao Hình 3. Các mẫu đá trầm tích từ dẫn trong môi trường xốp các nguồn khác nhau Như vậy, chất lỏng chuyển động trong môitrường xốp sẽ tạo ra một điện trường hay mộthiệu điện thế giữa hai điểm bất kỳ trong đó.Ở trạng thái cân bằng (khi tổng dòng điệnchảy và dòng điện dẫn bằng không), hiệuđiện thế chảy tỷ lệ với độ chênh áp suất chấtlỏng như sau [1, 2]:   V  r o P , (1)  eff Hình 4. Hệ thí nghiệm đo hệ số điện thế Trong đó ΔV là hiêu điện thế chảy, ∆P là chảy. 1, Kệ chứa mẫu đá; 2, Các điện cực;độ chênh lệch áp suất chất lỏng qua môi 3, Bơm áp suất cao; 4, Đồng hồ đo áp suất;trường xốp, ε r là hằng số điện môi của chất 5, Bình chứa dung dịch điện lylỏng, ε o là hằng số điện, η là hệ số nhớt chất Hệ thí nghiệm ở hình 4 được sử dụng đểlỏng, σeff là độ dẫn điện hiệu dụng của chất đo hệ số điện thế chảy. Dung dịch được bơmlỏng và ζ là thế zeta. Độ dẫn điện hiệu dụng tuần hoàn qua mẫu đá cho tới khi độ dẫn điệnbao gồm độ dẫn điện riêng của chất lỏng và và độ pH của dung dịch đạt tới giá trị ổn địnhđộ dẫn điện bề mặt. Thế zeta là điện thế bên (đo bằng đồng hồ đa năng Consort C861). Độtrong lớp điện tích kép tại vị trí vận tốc của pH ở trạng thái cân bằng của dung dịch nằmchất lỏng đối với bề mặt rắn bằng không ( ...