Adsorción de moléculas de surfactante en la interfaz gas-líquido.

2023-03-11 00:01:02

Las moléculas de Surfactante se adsorben en la interfaz gas-líquido. La Figura 7 es un diagrama esquemático de moléculas de tensioactivo en el proceso de adsorción. Cuando la concentración es muy diluida, la cantidad de adsorción es pequeña, las moléculas adsorbidas en la superficie son menores y pueden quedar planas en la interfaz gas-líquido; a medida que aumenta la concentración, en concentraciones medias, la orientación de las moléculas adsorbidas en la superficie de la solución tiene mayor aleatoriedad, y hay tres orientaciones: plana, oblicua y vertical; cuando la concentración continúa aumentando hasta la adsorción saturada, las moléculas adsorbidas en la superficie se acercan gradualmente a la interfaz, el grupo hidrófobo apunta a la fase gaseosa y el grupo hidrófilo apunta a la fase masiva para formar una disposición direccional relativamente estrecha en el estado vertical; Continúe aumentando la concentración a una concentración alta. Si la concentración de la solución de tensioactivo es demasiado alta, se debilitará el efecto del enlace de hidrógeno con las moléculas de agua, se reducirá la fuerza impulsora para la formación de hidratos y se reducirá la velocidad de formación de hidratos. Al mismo tiempo, si la concentración es demasiado alta, una gran cantidad de moléculas de surfactante se acumularán en la interfaz gas-líquido en la etapa inicial de nucleación, lo que dificulta la formación adicional de hidratos. Es por esto que en los sistemas de alta concentración existe un corto período de inducción en la etapa inicial. .

Cuando se alcanza la concentración de adsorción saturada, la tensión interfacial de la capa de interfaz gas-líquido se puede reducir de manera efectiva, de modo que las moléculas de gas ingresan rápidamente a la capa de interfaz y alcanzan la saturación para formar burbujas y formar núcleos de cristales hidratados con moléculas de agua en la capa de interfaz. Bajo la acción de las moléculas de agua y de gas, comienza a formarse una fina capa de hidrato en la superficie del núcleo cristalino, añadiendo así dos interfaces: la interfaz gas-hidrato y la interfaz hidrato-agua. Cuando se minimiza la tensión interfacial, las moléculas de surfactante forman micelas en solución. Las micelas de moléculas tensioactivas de cadena larga de carbono tienen más agregados y las micelas formadas son más grandes. Estas moléculas juntan los grupos hidrofóbicos y los grupos hidrofílicos apuntan hacia el exterior para formar una esfera. El modelo micelar se muestra en la figura.

Las moléculas de agua en la solución se combinan con los grupos hidrófilos que forman la superficie esférica y las moléculas de gas quedan envueltas en la cavidad, lo que desempeña un buen papel en la solubilización. A medida que las moléculas de surfactante se mueven hacia la interfaz gas-hidrato y entran en contacto con las moléculas de gas, el área de contacto gas-líquido aumenta, aumentando así la tasa de crecimiento de los hidratos. Cuando la longitud de la cadena de carbono de las moléculas de tensioactivo es corta, el número de agregados de micelas es pequeño, no se pueden formar micelas esféricas y no se puede promover eficazmente el contacto entre las moléculas de agua y las moléculas de gas.

En este momento, la concentración de la solución es solo la concentración de adsorción saturada, y las moléculas adsorbidas están dispuestas en la interfaz en un estado vertical relativamente compacto, formando una película monomolecular densa en la superficie del líquido, de modo que los hidratos solo se pueden formar en la interfaz gas-líquido. . Con el aumento gradual de hidratos en la interfaz, desempeñará un papel de "inmovilización", bloqueando una mayor transferencia de masa y transferencia de calor entre las moléculas de gas metano y las moléculas de agua, de modo que la velocidad de formación de hidratos disminuya gradualmente hasta que se detenga la formación.