Adsorptie van oppervlakteactieve moleculen aan het gas-vloeistofgrensvlak

2023-03-11 00:01:02

Oppervlakteactieve moleculen worden geadsorbeerd aan het gas-vloeistofgrensvlak. Figuur 7 is een schematisch diagram van oppervlakteactieve moleculen in het adsorptieproces. Wanneer de concentratie erg verdund is, is de hoeveelheid adsorptie klein, zijn er minder aan het oppervlak geadsorbeerde moleculen en kunnen ze plat op het gas-vloeistofgrensvlak liggen; naarmate de concentratie toeneemt, heeft bij gemiddelde concentraties de oriëntatie van aan het oppervlak geadsorbeerde moleculen op het oppervlak van de oplossing een grotere willekeur, en er zijn drie oriëntaties: plat liggend, schuin en rechtopstaand; wanneer de concentratie blijft stijgen tot verzadigde adsorptie, bewegen de aan het oppervlak geadsorbeerde moleculen geleidelijk dichter naar het grensvlak, wijst de hydrofobe groep naar de gasfase en wijst de hydrofiele groep naar de bulkfase om een ​​relatief strakke directionele opstelling te vormen in de rechtopstaande toestand; Blijf de concentratie verhogen tot een hoge concentratie. Als de concentratie van de oppervlakteactieve oplossing te hoog is, zal het effect van de waterstofbinding met de watermoleculen worden verzwakt, zal de drijvende kracht voor hydraatvorming worden verminderd en zal de hydraatvormingssnelheid worden verlaagd. Tegelijkertijd zal, als de concentratie te hoog is, een groot aantal oppervlakteactieve moleculen zich verzamelen op het gas-vloeistof grensvlak in de beginfase van kiemvorming, wat de verdere vorming van hydraten belemmert. Daarom is er bij systemen met een hoge concentratie een korte inductieperiode in de beginfase. .

Wanneer de verzadigde adsorptieconcentratie wordt bereikt, kan de grensvlakspanning van de gas-vloeistof grenslaag effectief worden verminderd, zodat gasmoleculen snel de grenslaag binnendringen en verzadiging bereiken om bellen te vormen en hydraatkristalkernen te vormen met watermoleculen op de grenslaag. Onder invloed van watermoleculen en gasmoleculen begint zich een dunne laag hydraat te vormen op het oppervlak van de kristalkern, waardoor twee grensvlakken ontstaan: het gas-hydraat grensvlak en het hydraat-water grensvlak. Wanneer de grensvlakspanning wordt geminimaliseerd, vormen oppervlakteactieve moleculen micellen in oplossing. De micellen van oppervlakteactieve moleculen met een lange koolstofketen hebben meer aggregaten en de gevormde micellen zijn groter. Deze moleculen brengen de hydrofobe groepen samen, en de hydrofiele groepen wijzen naar buiten en vormen een bol. Het micellaire model wordt weergegeven in de figuur.

De watermoleculen in de oplossing combineren met de hydrofiele groepen die het bolvormige oppervlak vormen, en de gasmoleculen worden in de holte gewikkeld, wat een goede rol speelt bij het oplossen. Terwijl de oppervlakteactieve moleculen naar het gas-hydraatgrensvlak bewegen en in contact komen met gasmoleculen, neemt het gas-vloeistofcontactoppervlak toe, waardoor de groeisnelheid van hydraten toeneemt. Wanneer de koolstofketenlengte van oppervlakteactieve moleculen kort is, is het aantal micellenaggregaten klein en kunnen er geen bolvormige micellen worden gevormd en kan het contact tussen watermoleculen en gasmoleculen niet effectief worden bevorderd.

Op dit moment is de oplossingsconcentratie slechts de verzadigde adsorptieconcentratie en zijn de geadsorbeerde moleculen in een relatief compacte rechtopstaande toestand op het grensvlak gerangschikt, waardoor een dichte monomoleculaire film op het vloeistofoppervlak wordt gevormd, zodat hydraten alleen op het gas-vloeistofgrensvlak kunnen worden gevormd. . Met de geleidelijke toename van hydraat op het grensvlak zal het een rol spelen van "immobilisatie", waardoor verdere massaoverdracht en warmteoverdracht tussen methaangasmoleculen en watermoleculen wordt geblokkeerd, zodat de snelheid van hydraatvorming geleidelijk afneemt totdat de formatie stopt.