Nøjagtig bestemmelse af ligevægts overflade spændings værdierne med område Perturbations tests
Summary
To protokoller til bestemmelse af ligevægts overflade spændingsværdier (EST) ved anvendelse af den nye boble metode (EBM) og den roterende boble metode (SBM) præsenteres for en vandig fase med overfladeaktivt stof mod luft.
Abstract
Vi demonstrerer to robuste protokoller til bestemmelse af ligevægts overflade spændings (EST) værdier med område forstyrrelse tests. De EST-værdier bør indirekte bestemmes ud fra værdierne for dynamisk overfladespænding, når overflade spændingsværdier (ST) er i stabil tilstand og stabil mod perturbationer. Den spirende boble metode (EBM) og den roterende boble metode (SBM) blev valgt, fordi, med disse metoder, er det nemt at indføre område forstyrrelser samtidig fortsætte dynamisk spænding målinger. Pludselige ekspansion eller komprimering af en luftboble blev brugt som en kilde til område forstyrrelse for EBM. For SBM blev der anvendt ændringer i rotations frekvensen for prøveopløsningen til fremstilling af område forstyrrelser. En Triton X-100 vandig opløsning af en fast koncentration over dens kritiske Micelle koncentration (CMC) blev anvendt som en model overfladeaktive opløsning. Den fastsatte EST-værdi af model Air/Water-grænsefladen fra EBM var 31,5 ± 0,1 mN · m-1 , og at fra SBM var 30,8 ± 0,2 mn · m-1. De to protokoller, der er beskrevet i artiklen, indeholder robuste kriterier for fastsættelse af de største værdier.
Introduction
Bestemmelsen af ligevægts overfladespændingen (EST) eller ligevægts grænseflade spændingen (eift) af en given luft/vand-eller olie/vand-grænseflade er et afgørende skridt for applikationer inden for en lang række industriområder, såsom afskræknings-, forbedrede olie genvindings , forbrugerprodukter og farmaceutisk medicin1,2,3,4. Sådanne spændingsværdier bør bestemmes indirekte fra den dynamiske overfladespænding (DST) eller den dynamiske grænsefladespænding (DIFT), fordi kun dynamiske spændingsværdier er direkte målbare. Dynamiske overflade spændingsværdier (dvs. måling af spændingsværdier som funktion af tid) bestemmes med jævne tidsintervaller. Ligevægts spændingsværdier anses for at være fastlagt, når SOMMERTIDS værdierne er ved steady state. True ligevægts overflade spændingsværdier er bedre fastlagt, når de er stabile mod forstyrrelser5. Flere observationer af spændings afspænding efter overfladeareal kompression er tidligere blevet rapporteret af Miller og lunkenheimer, der brugte to klassiske tensiometri metoder, du noüy ring og wilhelmy Plate metoder6,7 ,8. Disse metoder er mindre nøjagtige end dem, der anvendes i denne undersøgelse, og disse DSTs blev målt hvert par minutter. Talrige teknikker er blevet udviklet til måling af overfladespændingen (St) eller grænseflade spændinger (ift) værdier af grænseflader, men der er kun en håndfuld teknikker, der kan bruges til at måle DST eller DIFT værdier og tillade en at anvende forstyrrelser at teste stabiliteten af de erhvervede Steady-State spændingsværdier9. Hvis den vandige opløsning indeholder overfladeaktive blandinger, og når en af komponenterne Adsorber meget hurtigere end de andre, kan der være et midlertidigt plateau i SOMMERTIDS kurverne10. Så de præsenterede metoder kan ikke fungere godt i den korte tid-skalaer som for en komponent overfladeaktive stoffer, men de stadig kan arbejde, hvis procedurerne er udvidet lidt til at dække længere tidsskalaer.
De protokoller, der er beskrevet her, viser kun repræsentative data for overflade spændingsværdier for en luft/vandig opløsning. Men disse protokoller gælder også for IFT af en vandig opløsning mod en anden væske, såsom en olie, som er ublandbar med den vandige opløsning og har en mindre tæthed end den vandige opløsning. Her præsenterer vi to robuste metoder, der opfylder disse kriterier, den nye boble metode (EBM) og den roterende boble metode (SBM). I begge metoder bestemmer man ST-værdier, der er baseret på boble former og ikke kræver kontaktvinkel oplysninger, hvilket kan medføre betydelige usikkerhedsmomenter og fejl i målingerne. For EBM introduceres område forstyrrelser ved brat at ændre mængden af boblen, der dukker op fra en sprøjte nålens spids. For SBM-maskiner anvendes ændringer i prøvernes rotations hyppighed i forbindelse med areal forstyrrelser. De detaljerede protokoller har til formål at vejlede forskere på området, således at de kan undgå almindelige fejl eller fejl i dynamisk og ligevægts tensiometri og hjælpe med at forhindre unøjagtige fortolkninger af de erhvervede data.
Protocol
Representative Results
Discussion
EBM og SBM er enkle og robuste metoder til bestemmelse af spændingsværdier for luft/vand-eller olie/vand-grænseflader ved atmosfærisk tryk. De nødvendige oplysninger for disse metoder er tætheden af hver fase, og der kræves ingen oplysninger om kontakt vinklen til bestemmelse af spændingsværdier9. En væsentlig begrænsning af teknikkerne er, at prøverne skal have en lav viskositet og være enfaset eller lavere end den overfladeaktive opløselighed. De to protokoller, EBM og SBM, bruges …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne er taknemmelige for Pioneer Oil Company (Vincennes, IN) for økonomisk støtte.
Materials
| 10 µL, Model 1701 SN SYR, Cemented NDL, Custom gauge, length, point style | Hamilton | 80008 | gauge: 26s, needle length: 2.5 inch, point style: 2 |
| Anton Paar Density Meter | Anton Paar | DMA 5000 | |
| Barnstead MicroPure Water Purification System | Thermo Fisher Scientific | 50132374 | |
| Emerging bubble tensiometer | Ramé-Hart Instrument Company | Model 790 | |
| Spinning bubble tensiometer | DataPhysics Instruments | SVT 20 | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | X100 |
References
- Shah, D. O., Schechter, R. S. . Improved oil recovery by surfactant and polymer flooding. , (1977).
- Hiemenz, P. C., Rajagopalan, R. . Principles of Colloid and Surface Chemistry. , (1997).
- Adamson, S. W. . Physical Chemistry of Surfaces. , (1990).
- Doe, P. H., El-Emary, M., Wade, W. H., Schechter, R. S. Surfactants for producing low interfacial tensions: II. Linear alkylbenzenesulfonates with additional alkyl substituents. Journal of the American Oil Chemists’ Society. 55 (5), 505-512 (1978).
- Chung, J., Boudouris, B. W., Franses, E. I. Surface Tension Behavior of Aqueous Solutions of a Propoxylated Surfactant and Interfacial Tension Behavior against a Crude Oil. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 537, 163-172 (2018).
- Miller, R., Lunkenheimer, K. On the determination of equilibrium surface tension values of surfactant solutions. Colloid & Polymer Science. 261 (7), 585-590 (1983).
- Miller, R., Lunkenheimer, K. Adsorption kinetics measurements of some nonionic surfactants. Colloid & Polymer Science. 264 (4), 357-361 (1986).
- Lunkenheimer, K., Miller, R. Properties of homologous series of surface-chemically pure surfactants at the water-air interface Part I: Equilibrium properties. Abhandlungen der Akademie der Wissenschaften der DDR, abteilung Mathematik, Naturwissenschaften, Technik. (1), 113 (1986).
- Franses, E. I., Basaran, O. A., Chang, C. -. H. Techniques to measure dynamic surface tension. Current Opinion in Colloid & Interface Science. 1 (2), 296-303 (1996).
- Hua, X. Y., Rosen, M. J. Dynamic surface tension of aqueous surfactant solutions 1. basic parameters. Journal of Colloid and Interface Science. 124 (2), 652-659 (1988).
- Rotenberg, Y., Boruvka, L., Neumann, A. W. Determination of surface tension and contact angle from the shapes of axisymmetric fluid interfaces. Journal of Colloid And Interface Science. 93 (1), 169-183 (1983).
- Boyce, J. F., Schurch, S., Rotenberg, Y., Neumann, A. W. The Measurement of Surface and Interfacial Tension by the Axisymmetric Drop Technique. Colloids and Surfaces. 9, 307-317 (1984).
- Vonnegut, B. Rotating bubble method for the determination of surface and interfacial tensions. Review of Scientific Instruments. 13 (1), 6-9 (1942).
- Lin, S. -. Y., Mckeigue, K., Maldarelli, C. Diffusion-controlled Surfactant Adsorption Studied by Pendant Drop Digitization. AIChE Journal. 36 (12), 1785-1795 (1990).
- Sheng, J. J. Modern chemical enhanced oil recovery: theory and practice. Gulf Professional Publishing. , (2010).
- Moody, C. A., Field, J. A. Perfluorinated surfactants and the environmental implications of their use in fire-fighting foams. Environmental Science and Technology. 34 (18), 3864-3870 (2000).
