Адсорбція молекул ПАР на межі розділу газ-рідина

2023-03-11 00:01:02

Молекули ПАР адсорбуються на межі розділу газ-рідина. На малюнку 7 представлена ​​схематична діаграма молекул поверхнево-активної речовини в процесі адсорбції. Коли концентрація дуже розбавлена, кількість адсорбції невелика, поверхнево адсорбовані молекули менші, і вони можуть лежати рівно на поверхні розділу газ-рідина; зі збільшенням концентрації, при середніх концентраціях, орієнтація поверхнево-адсорбованих молекул на поверхні розчину має більшу випадковість, і існує три орієнтації: лежачи, похило та вертикально; коли концентрація продовжує збільшуватися до насиченої адсорбції, поверхнево-адсорбовані молекули поступово наближаються до межі розділу, гідрофобна група вказує на газову фазу, а гідрофільна група вказує на об’ємну фазу, утворюючи відносно щільне направлене розташування у вертикальному стані; Продовжуйте збільшувати концентрацію до високої концентрації. Якщо концентрація розчину поверхнево-активної речовини занадто висока, ефект водневого зв’язку з молекулами води буде послаблений, рушійна сила гідратоутворення буде зменшена, а швидкість гідратоутворення зменшиться. У той же час, якщо концентрація занадто висока, велика кількість молекул ПАР буде збиратися на межі газ-рідина на початковій стадії нуклеації, що перешкоджає подальшому утворенню гідратів. Тому в системах високої концентрації на початковій стадії спостерігається короткий період індукції. .

Коли досягається концентрація насиченої адсорбції, міжфазний натяг шару розділу газ-рідина може бути ефективно зменшений, так що молекули газу швидко потрапляють у шар розділу та досягають насичення, утворюючи бульбашки та утворюють ядра кристалів гідрату з молекулами води на шарі розділу. Під дією молекул води і молекул газу на поверхні кристалічного ядра починає утворюватися тонкий шар гідрату, додаючи таким чином дві поверхні розділу: газ-гідрат і гідрат-вода. Коли міжфазний натяг мінімізований, молекули поверхнево-активної речовини утворюють міцели в розчині. Міцели довголанцюгових молекул поверхнево-активної речовини мають більше агрегатів, а утворені міцели більші. Ці молекули об’єднують гідрофобні групи, а гідрофільні групи спрямовані назовні, утворюючи сферу. Модель міцелярки представлена ​​на малюнку.

Молекули води в розчині поєднуються з гідрофільними групами, утворюючи сферичну поверхню, а молекули газу загорнуті в порожнину, що відіграє хорошу роль у солюбілізації. Коли молекули поверхнево-активної речовини рухаються до межі розділу газ-гідрат і контактують з молекулами газу, площа контакту газ-рідина збільшується, тим самим збільшуючи швидкість росту гідратів. Коли довжина вуглецевого ланцюга молекул поверхнево-активної речовини коротка, кількість агрегатів міцел невелика, і сферичні міцели не можуть утворюватися, а контакт між молекулами води та молекулами газу не може бути ефективно сприяний.

У цей час концентрація розчину є лише концентрацією насиченої адсорбції, а адсорбовані молекули розташовані на межі розділу у відносно компактному вертикальному стані, утворюючи щільну мономолекулярну плівку на поверхні рідини, так що гідрати можуть утворюватися лише на межі розділу газ-рідина. . З поступовим збільшенням гідрату на межі розділу він відіграватиме роль «іммобілізації», блокуючи подальший масообмін і теплообмін між молекулами газу метану та молекулами води, так що швидкість утворення гідрату поступово зменшується, поки утворення не припиниться.