Adsorption von Tensidmolekülen an der Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche

2023-03-11 00:01:02

Tensidmoleküle werden an der Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche adsorbiert. Abbildung 7 ist ein schematisches Diagramm von Tensidmolekülen im Adsorptionsprozess. Wenn die Konzentration sehr verdünnt ist, ist die Adsorptionsmenge gering, die an der Oberfläche adsorbierten Moleküle sind geringer und können flach auf der Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche liegen; Mit zunehmender Konzentration ist bei mittleren Konzentrationen die Ausrichtung der oberflächenadsorbierten Moleküle auf der Lösungsoberfläche zufälliger, und es gibt drei Ausrichtungen: flach liegend, schräg und aufrecht; Wenn die Konzentration weiter bis zur gesättigten Adsorption ansteigt, bewegen sich die an der Oberfläche adsorbierten Moleküle allmählich näher an die Grenzfläche, die hydrophobe Gruppe zeigt zur Gasphase und die hydrophile Gruppe zeigt zur Massenphase, um im aufrechten Zustand eine relativ enge Richtungsanordnung zu bilden; Erhöhen Sie die Konzentration weiter auf eine hohe Konzentration. Wenn die Konzentration der Tensidlösung zu hoch ist, wird die Wirkung der Wasserstoffbindung mit den Wassermolekülen abgeschwächt, die Triebkraft für die Hydratbildung wird verringert und die Hydratbildungsrate wird verringert. Gleichzeitig sammeln sich bei zu hoher Konzentration im Anfangsstadium der Keimbildung viele Tensidmoleküle an der Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche, was die weitere Bildung von Hydraten behindert. Aus diesem Grund gibt es in hochkonzentrierten Systemen im Anfangsstadium eine kurze Induktionszeit. .

Wenn die gesättigte Adsorptionskonzentration erreicht ist, kann die Grenzflächenspannung der Gas-Flüssigkeits-Grenzflächenschicht effektiv reduziert werden, so dass Gasmoleküle schnell in die Grenzflächenschicht eindringen und die Sättigung erreichen, um Blasen zu bilden und mit Wassermolekülen auf der Grenzflächenschicht Hydratkristallkeime zu bilden. Unter der Wirkung von Wassermolekülen und Gasmolekülen beginnt sich auf der Oberfläche des Kristallkerns eine dünne Hydratschicht zu bilden, wodurch zwei Grenzflächen entstehen: die Gas-Hydrat-Grenzfläche und die Hydrat-Wasser-Grenzfläche. Wenn die Grenzflächenspannung minimiert wird, bilden Tensidmoleküle in Lösung Mizellen. Die Mizellen von Tensidmolekülen mit langer Kohlenstoffkette weisen mehr Aggregate auf und die gebildeten Mizellen sind größer. Diese Moleküle fügen die hydrophoben Gruppen zusammen und die hydrophilen Gruppen zeigen nach außen und bilden eine Kugel. Das Mizellenmodell ist in der Abbildung dargestellt.

Die Wassermoleküle in der Lösung verbinden sich mit den hydrophilen Gruppen, die die Kugeloberfläche bilden, und die Gasmoleküle werden in den Hohlraum eingewickelt, was eine gute Rolle bei der Solubilisierung spielt. Wenn sich die Tensidmoleküle zur Gas-Hydrat-Grenzfläche bewegen und mit Gasmolekülen in Kontakt kommen, vergrößert sich die Gas-Flüssigkeits-Kontaktfläche, wodurch sich die Wachstumsrate der Hydrate erhöht. Wenn die Kohlenstoffkettenlänge von Tensidmolekülen kurz ist, ist die Anzahl der Mizellenaggregate gering und es können keine kugelförmigen Mizellen gebildet werden, und der Kontakt zwischen Wassermolekülen und Gasmolekülen kann nicht wirksam gefördert werden.

Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Lösungskonzentration gerade die gesättigte Adsorptionskonzentration, und die adsorbierten Moleküle sind an der Grenzfläche in einem relativ kompakten aufrechten Zustand angeordnet und bilden einen dichten monomolekularen Film auf der Flüssigkeitsoberfläche, so dass Hydrate nur an der Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche gebildet werden können. . Mit der allmählichen Zunahme des Hydrats an der Grenzfläche wird es eine Rolle bei der „Immobilisierung“ spielen und den weiteren Stoff- und Wärmetransfer zwischen Methangasmolekülen und Wassermolekülen blockieren, so dass die Rate der Hydratbildung allmählich abnimmt, bis die Bildung aufhört.