Sự hấp phụ của các phân tử chất hoạt động bề mặt ở bề mặt khí-lỏng

2023-03-11 00:01:02

Các phân tử Chất hoạt động bề mặt được hấp phụ ở bề mặt phân cách khí-lỏng. Hình 7 là sơ đồ nguyên lý của các phân tử Chất hoạt động bề mặt trong quá trình hấp phụ. Khi nồng độ rất loãng, lượng hấp phụ nhỏ, các phân tử bị hấp phụ trên bề mặt ít hơn và có thể nằm phẳng trên bề mặt khí-lỏng; khi nồng độ tăng, ở nồng độ trung bình, sự định hướng của các phân tử bị hấp phụ trên bề mặt dung dịch có tính ngẫu nhiên lớn hơn và có 3 hướng: nằm phẳng, xiên và thẳng đứng; khi nồng độ tiếp tục tăng đến mức hấp phụ bão hòa, các phân tử bị hấp phụ trên bề mặt dần dần di chuyển đến gần bề mặt hơn, nhóm kỵ nước chỉ vào pha khí và nhóm ưa nước chỉ vào pha khối để tạo thành sự sắp xếp định hướng tương đối chặt chẽ ở trạng thái thẳng đứng; Tiếp tục tăng nồng độ lên nồng độ cao. Nếu nồng độ của dung dịch Chất hoạt động bề mặt quá cao, tác dụng của liên kết hydro với các phân tử nước sẽ bị suy yếu, động lực hình thành hydrat sẽ giảm và tốc độ hình thành hydrat sẽ giảm. Đồng thời, nếu nồng độ quá cao, một số lượng lớn các phân tử chất hoạt động bề mặt sẽ tập trung tại bề mặt phân cách khí-lỏng trong giai đoạn tạo mầm ban đầu, điều này cản trở sự hình thành thêm hydrat. Đây là lý do tại sao có một khoảng thời gian cảm ứng ngắn ở giai đoạn đầu trong các hệ thống có nồng độ cao. .

Khi đạt đến nồng độ hấp phụ bão hòa, sức căng bề mặt của lớp giao diện khí-lỏng có thể giảm đi một cách hiệu quả, do đó các phân tử khí nhanh chóng đi vào lớp giao diện và đạt đến độ bão hòa để tạo thành bong bóng và tạo thành hạt nhân tinh thể hydrat với các phân tử nước trên lớp giao diện. Dưới tác động của các phân tử nước và phân tử khí, một lớp hydrat mỏng bắt đầu hình thành trên bề mặt hạt nhân tinh thể, do đó có thêm hai giao diện: giao diện khí-hydrat và giao diện hydrat-nước. Khi sức căng bề mặt được giảm thiểu, các phân tử chất hoạt động bề mặt tạo thành các mixen trong dung dịch. Các mixen của các phân tử chất hoạt động bề mặt chuỗi carbon dài có nhiều tập hợp hơn và các mixen được hình thành lớn hơn. Các phân tử này tập hợp các nhóm kỵ nước lại với nhau và các nhóm ưa nước hướng ra bên ngoài tạo thành hình cầu. Mô hình Micellar được thể hiện trong hình.

Các phân tử nước trong dung dịch kết hợp với các nhóm ưa nước tạo thành bề mặt hình cầu và các phân tử khí được bọc trong khoang, có vai trò hòa tan tốt. Khi các phân tử chất hoạt động bề mặt di chuyển đến bề mặt phân cách khí-hydrat và tiếp xúc với các phân tử khí, diện tích tiếp xúc khí-lỏng tăng lên, do đó làm tăng tốc độ tăng trưởng của hydrat. Khi chiều dài chuỗi carbon của các phân tử chất hoạt động bề mặt ngắn, số lượng tập hợp mixen nhỏ và không thể hình thành các mixen hình cầu và không thể thúc đẩy sự tiếp xúc giữa các phân tử nước và phân tử khí một cách hiệu quả.

Tại thời điểm này, nồng độ dung dịch chỉ là nồng độ hấp phụ bão hòa và các phân tử bị hấp phụ được sắp xếp trên giao diện ở trạng thái thẳng đứng tương đối nhỏ gọn, tạo thành một màng đơn phân tử dày đặc trên bề mặt chất lỏng, do đó hydrat chỉ có thể được hình thành trên giao diện khí-lỏng. . Với sự tăng dần của hydrat tại bề mặt phân cách, nó sẽ đóng vai trò "cố định", ngăn chặn sự truyền khối và truyền nhiệt tiếp theo giữa các phân tử khí metan và phân tử nước, do đó tốc độ hình thành hydrat giảm dần cho đến khi quá trình hình thành dừng lại.