Адсорбция молекул ПАВ на границе раздела газ-жидкость.

2023-03-11 00:01:02

Молекулы ПАВ адсорбируются на границе раздела газ-жидкость. На рисунке 7 представлена ​​схематическая диаграмма молекул ПАВ в процессе адсорбции. Когда концентрация очень разбавлена, величина адсорбции невелика, молекул, адсорбированных на поверхности, меньше, и они могут лежать ровно на границе раздела газ-жидкость; по мере увеличения концентрации, при средних концентрациях, ориентация поверхностно-адсорбированных молекул на поверхности раствора имеет большую хаотичность, и существуют три ориентации: плосколежащая, наклонная и вертикальная; когда концентрация продолжает увеличиваться до насыщенной адсорбции, поверхностно-адсорбированные молекулы постепенно перемещаются ближе к границе раздела, гидрофобная группа указывает на газовую фазу, а гидрофильная группа указывает на объемную фазу, образуя относительно плотное направленное расположение в вертикальном состоянии; Продолжайте увеличивать концентрацию до высокой концентрации. Если концентрация раствора ПАВ слишком высока, влияние водородной связи с молекулами воды будет ослаблено, движущая сила гидратообразования уменьшится, а скорость гидратообразования снизится. В то же время, если концентрация слишком высока, на начальной стадии нуклеации на границе раздела газ-жидкость соберется большое количество молекул ПАВ, что препятствует дальнейшему образованию гидратов. Вот почему в системах с высокой концентрацией на начальном этапе индукционный период короткий. .

Когда достигается насыщенная концентрация адсорбции, межфазное натяжение межфазного слоя газ-жидкость может быть эффективно уменьшено, так что молекулы газа быстро входят в межфазный слой и достигают насыщения с образованием пузырьков, а также образуют зародыши кристаллов гидрата с молекулами воды на межфазном слое. Под действием молекул воды и молекул газа на поверхности ядра кристалла начинает образовываться тонкий слой гидрата, образуя тем самым две границы раздела: границу газ-гидрат и границу гидрат-вода. Когда межфазное натяжение сведено к минимуму, молекулы ПАВ образуют в растворе мицеллы. Мицеллы молекул ПАВ с длинной углеродной цепью имеют больше агрегатов, а образовавшиеся мицеллы крупнее. Эти молекулы объединяют гидрофобные группы, а гидрофильные группы направлены наружу, образуя сферу. Мицеллярная модель представлена ​​на рисунке.

Молекулы воды в растворе соединяются с гидрофильными группами, образующими сферическую поверхность, а молекулы газа заворачиваются в полость, что играет хорошую роль в солюбилизации. По мере того как молекулы ПАВ движутся к границе раздела газ-гидрат и контактируют с молекулами газа, площадь контакта газ-жидкость увеличивается, тем самым увеличивая скорость роста гидратов. Когда длина углеродной цепи молекул поверхностно-активного вещества коротка, количество агрегатов мицелл невелико, и сферические мицеллы не могут образовываться, и контакт между молекулами воды и молекулами газа не может быть эффективно обеспечен.

В это время концентрация раствора равна концентрации насыщенной адсорбции, а адсорбированные молекулы располагаются на границе раздела в относительно компактном вертикальном состоянии, образуя плотную мономолекулярную пленку на поверхности жидкости, так что гидраты могут образовываться только на границе раздела газ-жидкость. . При постепенном увеличении количества гидрата на границе раздела он будет играть роль «обездвиживания», блокируя дальнейший массообмен и теплообмен между молекулами газа метана и молекулами воды, так что скорость образования гидрата постепенно снижается до тех пор, пока образование не прекратится.