Adsorbimento di molecole di tensioattivo all'interfaccia gas-liquido

2023-03-11 00:01:02

Le molecole di tensioattivo vengono adsorbite all'interfaccia gas-liquido. La Figura 7 è un diagramma schematico delle molecole di tensioattivo nel processo di adsorbimento. Quando la concentrazione è molto diluita, la quantità di adsorbimento è piccola, le molecole adsorbite sulla superficie sono minori e possono giacere piatte sull'interfaccia gas-liquido; all'aumentare della concentrazione, a concentrazioni medie, l'orientamento delle molecole superficialmente adsorbite sulla superficie della soluzione ha maggiore casualità, e ci sono tre orientamenti: disteso, obliquo e verticale; quando la concentrazione continua ad aumentare fino all'adsorbimento saturo, le molecole adsorbite sulla superficie si avvicinano gradualmente all'interfaccia, il gruppo idrofobo punta alla fase gassosa e il gruppo idrofilo punta alla fase sfusa per formare una disposizione direzionale relativamente stretta nello stato verticale; Continuare ad aumentare la concentrazione fino a raggiungere una concentrazione elevata. Se la concentrazione della soluzione tensioattiva è troppo elevata, l'effetto del legame idrogeno con le molecole d'acqua sarà indebolito, la forza trainante per la formazione degli idrati sarà ridotta e la velocità di formazione degli idrati sarà ridotta. Allo stesso tempo, se la concentrazione è troppo elevata, nella fase iniziale della nucleazione si accumula un gran numero di molecole di tensioattivo sull'interfaccia gas-liquido, il che ostacola l'ulteriore formazione di idrati. Questo è il motivo per cui è previsto un breve periodo di induzione nella fase iniziale nei sistemi ad alta concentrazione. .

Quando viene raggiunta la concentrazione satura di adsorbimento, la tensione interfacciale dello strato di interfaccia gas-liquido può essere efficacemente ridotta, in modo che le molecole di gas entrino rapidamente nello strato di interfaccia e raggiungano la saturazione per formare bolle e formino nuclei di cristalli idrati con molecole d'acqua sullo strato di interfaccia. Sotto l'azione delle molecole di acqua e di gas, un sottile strato di idrato inizia a formarsi sulla superficie del nucleo cristallino, aggiungendo così due interfacce: interfaccia gas-idrato e interfaccia idrato-acqua. Quando la tensione interfacciale è ridotta al minimo, le molecole di tensioattivo formano micelle in soluzione. Le micelle delle molecole di tensioattivo a catena lunga di carbonio hanno più aggregati e le micelle formate sono più grandi. Queste molecole mettono insieme i gruppi idrofobici e i gruppi idrofili puntano verso l'esterno per formare una sfera. Il modello micellare è mostrato in figura.

Le molecole d'acqua nella soluzione si combinano con i gruppi idrofili che formano la superficie sferica e le molecole di gas sono avvolte nella cavità, che svolge un buon ruolo nella solubilizzazione. Quando le molecole del tensioattivo si spostano verso l'interfaccia gas-idrato e entrano in contatto con le molecole di gas, l'area di contatto gas-liquido aumenta, aumentando così il tasso di crescita degli idrati. Quando la lunghezza della catena di carbonio delle molecole di tensioattivo è breve, il numero di aggregati micellari è piccolo e non è possibile formare micelle sferiche e il contatto tra molecole di acqua e molecole di gas non può essere promosso efficacemente.

In questo momento, la concentrazione della soluzione è proprio la concentrazione di adsorbimento satura e le molecole adsorbite sono disposte sull'interfaccia in uno stato verticale relativamente compatto, formando una densa pellicola monomolecolare sulla superficie del liquido, in modo che gli idrati possano formarsi solo sull'interfaccia gas-liquido. . Con il graduale aumento dell'idrato all'interfaccia, svolgerà un ruolo di "immobilizzazione", bloccando l'ulteriore trasferimento di massa e di calore tra le molecole di gas metano e le molecole d'acqua, in modo che la velocità di formazione dell'idrato diminuisca gradualmente fino all'arresto della formazione.