Adsorption de molécules de tensioactifs à l'interface gaz-liquide

2023-03-11 00:01:02

Les molécules de Tensioactif sont adsorbées à l’interface gaz-liquide. La figure 7 est un diagramme schématique de molécules de tensioactif dans le processus d'adsorption. Lorsque la concentration est très diluée, la quantité d'adsorption est faible, les molécules adsorbées en surface sont moindres et peuvent reposer à plat sur l'interface gaz-liquide ; à mesure que la concentration augmente, à des concentrations moyennes, l'orientation des molécules adsorbées en surface sur la surface de la solution est plus aléatoire, et il existe trois orientations : à plat, oblique et verticale ; lorsque la concentration continue d'augmenter jusqu'à l'adsorption saturée, les molécules adsorbées en surface se rapprochent progressivement de l'interface, le groupe hydrophobe pointe vers la phase gazeuse et le groupe hydrophile pointe vers la phase en vrac pour former un arrangement directionnel relativement serré à l'état vertical ; Continuez à augmenter la concentration jusqu'à une concentration élevée. Si la concentration de la solution de tensioactif est trop élevée, l'effet de la liaison hydrogène avec les molécules d'eau sera affaibli, la force motrice de la formation d'hydrates sera réduite et le taux de formation d'hydrates sera réduit. Dans le même temps, si la concentration est trop élevée, un grand nombre de molécules de tensioactif se rassembleront à l’interface gaz-liquide au stade initial de la nucléation, ce qui entrave la formation ultérieure d’hydrates. C'est pourquoi il y a une courte période d'induction au stade initial dans les systèmes à haute concentration. .

Lorsque la concentration d'adsorption saturée est atteinte, la tension interfaciale de la couche d'interface gaz-liquide peut être efficacement réduite, de sorte que les molécules de gaz pénètrent rapidement dans la couche d'interface et atteignent la saturation pour former des bulles et forment des noyaux de cristaux d'hydrate avec des molécules d'eau sur la couche d'interface. Sous l'action des molécules d'eau et des molécules de gaz, une fine couche d'hydrate commence à se former à la surface du noyau cristallin, ajoutant ainsi deux interfaces : l'interface gaz-hydrate et l'interface hydrate-eau. Lorsque la tension interfaciale est minimisée, les molécules tensioactives forment des micelles en solution. Les micelles des molécules tensioactives à longue chaîne carbonée ont plus d'agrégats et les micelles formées sont plus grosses. Ces molécules rassemblent les groupes hydrophobes et les groupes hydrophiles pointent vers l’extérieur pour former une sphère. Le modèle micellaire est représenté sur la figure.

Les molécules d'eau dans la solution se combinent avec les groupes hydrophiles formant la surface sphérique et les molécules de gaz sont enveloppées dans la cavité, ce qui joue un bon rôle dans la solubilisation. À mesure que les molécules de tensioactif se déplacent vers l’interface gaz-hydrate et entrent en contact avec les molécules de gaz, la zone de contact gaz-liquide augmente, augmentant ainsi le taux de croissance des hydrates. Lorsque la longueur de la chaîne carbonée des molécules de tensioactif est courte, le nombre d'agrégats de micelles est faible, des micelles sphériques ne peuvent pas être formées et le contact entre les molécules d'eau et les molécules de gaz ne peut pas être efficacement favorisé.

À ce stade, la concentration de la solution correspond simplement à la concentration d'adsorption saturée et les molécules adsorbées sont disposées sur l'interface dans un état vertical relativement compact, formant un film monomoléculaire dense sur la surface du liquide, de sorte que les hydrates ne peuvent se former que sur l'interface gaz-liquide. . Avec l'augmentation progressive de l'hydrate à l'interface, il jouera un rôle « d'immobilisation », bloquant le transfert de masse et le transfert de chaleur entre les molécules de méthane et les molécules d'eau, de sorte que le taux de formation d'hydrate diminue progressivement jusqu'à ce que la formation s'arrête.