קביעת מדויקת של ערכי מתח שיווי משקל עם מבחני שטח
Summary
שני פרוטוקולים לקביעת המתח שיווי משקל (EST) ערכים באמצעות שיטת הבועה המתעוררים (EBM) ושיטת בועת הספינינג (SBM) מוצגים עבור השלב המכיל מימית המכילים ממים נגד האוויר.
Abstract
אנו מדגימים שני פרוטוקולים חזקים לקביעת המתח משטח שיווי משקל (EST) ערכים עם בדיקות אזור הפרטורציה. ערכי EST צריכים להיות נחושים בעקיפין מערכי מתח פני השטח הדינאמי (DST) כאשר המתח של פני השטח (ST) במצב יציב ויציב נגד רטבאליות. שיטת הבועה המתעוררים (EBM) ושיטת בועת הספינינג (SBM) נבחרו, כי, עם שיטות אלה, זה פשוט להציג את האזור רטבאליות תוך המשך מדידות מתח דינמי. התרחבות פתאומית או דחיסה של בועת אוויר שימשו כמקור לשימוש בשטח עבור ה-EBM. עבור SBM, שינויים בתדר הסיבוב של הפתרון לדוגמה שימשו כדי לייצר שטח רטבאליות. טריטון X-100 תמיסה מימית של ריכוז קבוע מעל הריכוז מיצלה הקריטי שלה (CMC) שימש כפתרון מודל הסקר. ערך EST נחוש של ממשק אוויר/מים מודל מ-EBM היה 31.5 ± 0.1 mN · m-1 וכי מ sbm היה 30.8 ± 0.2 mN · m-1. שני הפרוטוקולים המתוארים במאמר מספקים קריטריונים חזקים ליצירת ערכי EST.
Introduction
קביעת המתח שיווי משקל (EST), או המתח הפנימי בשיווי משקל (EIFT), של ממשק אוויר/מים או שמן/מים מסוים, הוא צעד קריטי עבור יישומים במגוון רחב של תחומים תעשייתיים כגון החלטיות, שחזור שמן משופר , מוצרי צריכה ורוקחות1,2,3,4. ערכי מתח כאלה צריכים להיקבע בעקיפין ממתח הפנים הדינמי (DST) או מהמתח הפנימי הדינמי (DIFT), משום שרק ערכי מתח דינאמיים ניתנים למדידה ישירה. במרווחי זמן קבועים נקבעים ערכי מתח דינאמיים (כלומר, מדידת ערכי המתח כפונקציה של זמן). ערכי מתח שיווי משקל נחשבים כקבועים כאשר ערכי שעון הקיץ נמצאים במצב קבוע. שיווי משקל אמיתי ערכי מתח מבוססים טוב יותר כאשר הם יציבים נגד רטבאליות5. מספר תצפיות על מרגוע המתח לאחר דחיסת שטח המשטח דווחו בעבר על ידי מילר ולונקהיימר, שהשתמשו בשתי שיטות הטפרומטריה הקלאסית, טבעת Du noüy והצלחת ווילמינה שיטות6,7 ,8. שיטות אלה פחות מדויקות מאלה המשמשות במחקר זה, והדסטים הללו נמדדו כל כמה דקות. טכניקות רבות פותחו למדידת מתח פני השטח (ST) או מתח הפנים (IFT) ערכים של ממשקים, אבל יש רק קומץ של טכניקות שניתן להשתמש בהם כדי למדוד את הערכים שעון קיץ או DIFT ולאפשר לאחד להחיל רטבאליות כדי לבדוק את יציבות של ערכי המתח הקבוע במצב יציב9. אם התמיסה הימית מכילה תערובות של חומרים מתכלים, וכאשר אחד מהרכיבים מהיר הרבה יותר מהאחרים, ייתכן שיהיה מישור זמני בשעון הקיץ10. לאחר מכן השיטות שהוצגו לא יעבוד היטב את המאזניים זמן קצר כמו עבור מרכיב אחד הגולש, אבל הם עדיין יכולים לעבוד אם ההליכים מורחבים מעט כדי לכסות את המאזניים זמן ארוך יותר.
הפרוטוקולים המתוארים כאן מציגים נתונים מייצגים רק עבור ערכי מתח הפנים של האוויר/מימית הפתרון. עם זאת, פרוטוקולים אלה חלים גם עבור IFT של פתרון מימית נגד נוזל שני, כגון שמן, אשר מimmiscible עם הפתרון מימית ויש לו צפיפות קטנה יותר מזו של הפתרון מימית. כאן, אנו מציגים שתי שיטות חזקות המקיימות קריטריונים אלה, שיטת הבועה המתפתחת (EBM) ושיטת בועת הספינינג (SBM). בשתי השיטות, האחד קובע ערכי ST המבוססים על צורות בועה ואינם מחייבים מידע על זווית המגע, אשר יכול להציג ודאות משמעותית ושגיאות למידות. עבור ה-EBM, האזור רטבאליות מוצגים על ידי שינוי פתאומי את עוצמת הקול של הבועה המתעוררים מתוך קצה מחט מזרק. עבור SBM, שינויים בתדר הסיבוב של הדגימות משמשים עבור שטח רטבאליות. הפרוטוקולים המפורטים מיועדים להנחות את החוקרים בתחום, כך שהם יכולים להימנע מטעויות נפוצות או שגיאות בtensiometry דינמית ושיווי משקל ולסייע במניעת פרשנויות לא מדויקות של הנתונים הנרכשים.
Protocol
Representative Results
Discussion
ה-EBM ו-SBM הם שיטות פשוטות ואיתנות לקביעת ערכי מתח לממשקי אוויר/מים או שמן/מים בלחץ אטמוספירי. מידע תנאי מוקדם עבור שיטות אלה הוא הצפיפות של כל שלב, ולא מידע זווית המגע נדרש לקביעת ערכי המתח9. המגבלה העיקרית של הטכניקות היא כי הדגימות צריך צמיגות נמוכה, ולהיות חד פאזי או מתחת מסיסו…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים אסירי תודה לחברת הנפט החלוצית (וינסנס, IN) לתמיכה כספית.
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).
