Adsorpcja cząsteczek surfaktantów na granicy faz gaz-ciecz

2023-03-11 00:01:02

Cząsteczki środka powierzchniowo czynnego są adsorbowane na granicy faz gaz-ciecz. Figura 7 to schematyczny diagram cząsteczek środka powierzchniowo czynnego w procesie adsorpcji. Gdy stężenie jest bardzo rozcieńczone, ilość adsorpcji jest mała, cząsteczki zaadsorbowane na powierzchni są mniejsze i mogą leżeć płasko na granicy faz gaz-ciecz; wraz ze wzrostem stężenia, przy średnich stężeniach, orientacja cząsteczek zaadsorbowanych powierzchniowo na powierzchni roztworu jest bardziej losowa i istnieją trzy orientacje: leżąca płasko, ukośna i pionowa; gdy stężenie w dalszym ciągu wzrasta do adsorpcji nasyconej, zaadsorbowane na powierzchni cząsteczki stopniowo zbliżają się do granicy faz, grupa hydrofobowa wskazuje na fazę gazową, a grupa hydrofilowa wskazuje na fazę masową, tworząc stosunkowo ciasny układ kierunkowy w stanie pionowym; Kontynuuj zwiększanie stężenia do wysokiego stężenia. Jeśli stężenie roztworu środka powierzchniowo czynnego będzie zbyt wysokie, efekt wiązania wodorowego z cząsteczkami wody zostanie osłabiony, siła napędowa tworzenia hydratu zostanie zmniejszona, a szybkość tworzenia hydratu zostanie zmniejszona. Jednocześnie, jeśli stężenie będzie zbyt wysokie, w początkowej fazie zarodkowania na granicy faz gaz-ciecz zgromadzi się duża liczba cząsteczek Surfaktantu, co utrudnia dalsze tworzenie się hydratów. Z tego powodu w systemach o wysokim stężeniu okres indukcji na początkowym etapie jest krótki. .

Po osiągnięciu nasyconego stężenia adsorpcji można skutecznie zmniejszyć napięcie międzyfazowe warstwy rozdzielającej gaz-ciecz, tak że cząsteczki gazu szybko przedostają się do warstwy międzyfazowej i osiągają nasycenie, tworząc pęcherzyki i tworząc jądra kryształów hydratu z cząsteczkami wody na warstwie międzyfazowej. Pod wpływem cząsteczek wody i cząsteczek gazu na powierzchni jądra kryształu zaczyna tworzyć się cienka warstwa hydratu, dodając w ten sposób dwie fazy: gaz-hydrat i hydrat-woda. Gdy napięcie międzyfazowe jest zminimalizowane, cząsteczki środka powierzchniowo czynnego tworzą w roztworze micele. Micele cząsteczek środka powierzchniowo czynnego o długich łańcuchach węglowych mają więcej agregatów, a utworzone micele są większe. Cząsteczki te łączą grupy hydrofobowe, a grupy hydrofilowe skierowane są na zewnątrz, tworząc kulę. Model micelarny pokazano na rysunku.

Cząsteczki wody w roztworze łączą się z grupami hydrofilowymi tworząc kulistą powierzchnię, a cząsteczki gazu są owinięte we wnęce, co odgrywa dobrą rolę w solubilizacji. Gdy cząsteczki środka powierzchniowo czynnego przemieszczają się na granicę faz gaz-hydrat i stykają się z cząsteczkami gazu, powierzchnia kontaktu gaz-ciecz zwiększa się, zwiększając w ten sposób szybkość wzrostu hydratów. Gdy długość łańcucha węglowego cząsteczek środka powierzchniowo czynnego jest krótka, liczba agregatów miceli jest mała i nie można utworzyć miceli kulistych, a kontakt między cząsteczkami wody i cząsteczkami gazu nie może być skutecznie wspierany.

W tym momencie stężenie roztworu jest po prostu nasyconym stężeniem adsorpcji, a zaadsorbowane cząsteczki są rozmieszczone na granicy faz w stosunkowo zwartym stanie pionowym, tworząc gęstą jednocząsteczkową warstwę na powierzchni cieczy, tak że hydraty mogą tworzyć się tylko na granicy faz gaz-ciecz. . Wraz ze stopniowym wzrostem zawartości hydratu na granicy faz będzie on pełnił rolę „unieruchomienia”, blokując dalszy przepływ masy i przenoszenia ciepła pomiędzy cząsteczkami metanu i cząsteczkami wody, tak że szybkość tworzenia się hydratu stopniowo maleje, aż do ustania tworzenia.