Adsorção de moléculas de surfactante na interface gás-líquido

2023-03-11 00:01:02

As moléculas de Surfactante são adsorvidas na interface gás-líquido. A Figura 7 é um diagrama esquemático das moléculas de surfactante no processo de adsorção. Quando a concentração é muito diluída, a quantidade de adsorção é pequena, as moléculas adsorvidas na superfície são menores e podem ficar planas na interface gás-líquido; à medida que a concentração aumenta, em concentrações médias, a orientação das moléculas adsorvidas na superfície da solução tem maior aleatoriedade, e existem três orientações: plana, oblíqua e vertical; quando a concentração continua a aumentar para a adsorção saturada, as moléculas adsorvidas na superfície movem-se gradualmente para mais perto da interface, o grupo hidrofóbico aponta para a fase gasosa e o grupo hidrofílico aponta para a fase a granel para formar um arranjo direcional relativamente apertado no estado vertical; Continue a aumentar a concentração para uma concentração alta. Se a concentração da solução surfactante for muito alta, o efeito da ligação de hidrogênio com as moléculas de água será enfraquecido, a força motriz para a formação de hidrato será reduzida e a taxa de formação de hidrato será reduzida. Ao mesmo tempo, se a concentração for muito alta, um grande número de moléculas de surfactante se reunirá na interface gás-líquido no estágio inicial da nucleação, o que dificulta a formação adicional de hidratos. É por isso que existe um curto período de indução na fase inicial em sistemas de alta concentração. .

Quando a concentração de adsorção saturada é atingida, a tensão interfacial da camada de interface gás-líquido pode ser efetivamente reduzida, de modo que as moléculas de gás entrem rapidamente na camada de interface e alcancem a saturação para formar bolhas e formar núcleos de cristal de hidrato com moléculas de água na camada de interface. Sob a ação de moléculas de água e moléculas de gás, uma fina camada de hidrato começa a se formar na superfície do núcleo do cristal, adicionando assim duas interfaces: interface gás-hidrato e interface hidrato-água. Quando a tensão interfacial é minimizada, as moléculas de surfactante formam micelas em solução. As micelas das moléculas de surfactante de cadeia longa de carbono têm mais agregados e as micelas formadas são maiores. Essas moléculas unem os grupos hidrofóbicos, e os grupos hidrofílicos apontam para fora para formar uma esfera. O modelo micelar é mostrado na figura.

As moléculas de água na solução combinam-se com os grupos hidrofílicos formando a superfície esférica, e as moléculas de gás são envolvidas na cavidade, o que desempenha um bom papel na solubilização. À medida que as moléculas do surfactante se movem para a interface gás-hidrato e entram em contato com as moléculas do gás, a área de contato gás-líquido aumenta, aumentando assim a taxa de crescimento dos hidratos. Quando o comprimento da cadeia de carbono das moléculas de surfactante é curto, o número de agregados de micelas é pequeno, e as micelas esféricas não podem ser formadas, e o contato entre as moléculas de água e as moléculas de gás não pode ser promovido de forma eficaz.

Neste momento, a concentração da solução é apenas a concentração de adsorção saturada, e as moléculas adsorvidas são dispostas na interface em um estado vertical relativamente compacto, formando um filme monomolecular denso na superfície do líquido, de modo que os hidratos só podem ser formados na interface gás-líquido. . Com o aumento gradual do hidrato na interface, ele desempenhará um papel de "imobilização", bloqueando ainda mais a transferência de massa e a transferência de calor entre as moléculas de gás metano e as moléculas de água, de modo que a taxa de formação de hidrato diminua gradativamente até que a formação pare.