Nøyaktig bestemmelse av likevekt Surface spenning verdier med areal forstyrrelsene tester
Summary
To protokoller for å bestemme likevekt overflaten spenning (EST) verdier ved hjelp av den nye boblen metoden (EBM) og spinning boblen metoden (SBM) er presentert for et overflateaktivt middel som inneholder vandig fase mot luft.
Abstract
Vi viser to robuste protokoller for å bestemme verdiene for likevekt overflatespenning (EST) med område forstyrrelsene tester. EST-verdiene skal indirekte fastsettes fra verdiene for dynamisk overflatespenning (DST) når overflate spennings verdiene (ST) er i stabil tilstand og stabilt mot forstyrrelser. Den nye boblen metoden (EBM) og spinning boblen metoden (SBM) ble valgt, fordi, med disse metodene, er det enkelt å innføre området forstyrrelser mens du fortsetter dynamisk spenning målinger. Brå ekspansjon eller komprimering av en luftboble ble brukt som en kilde til området forstyrrelsene for EBM. For SBM, endringer i rotasjons frekvensen av prøven løsningen ble brukt til å produsere området forstyrrelser. En Triton X-100 vandig løsning av en fast konsentrasjon over sin kritiske micelle konsentrasjon (CMC) ble brukt som en modell overflateaktivt middel løsning. Den bestemte EST verdien av modellen luft/vann-grensesnittet fra EBM var 31,5 ± 0,1 mN · m-1 og at fra SBM var 30,8 ± 0,2 mN · m-1. De to protokollene som beskrives i artikkelen, gir robuste kriterier for å etablere EST-verdiene.
Introduction
Fastsettelse av likevekt overflatespenning (EST), eller likevekt grenseflate spenning (EIFT), av en gitt luft/vann eller olje/vann-grensesnitt er et kritisk skritt for applikasjoner i et bredt spekter av industrielle områder som kombinasjonen, økt oljeutvinning , forbrukerprodukter og pharmaceutics1,2,3,4. Slike spennings verdier bør fastsettes indirekte fra den dynamiske overflatespenningen (DST) eller den dynamiske grenseflate penning (DIFT), fordi bare dynamiske spennings verdier er direkte målbare. Dynamiske overflate spennings verdier (dvs. måling av spennings verdier som tids funksjon) fastsettes ved regelmessige tidsintervaller. Likevekt spennings verdier anses å være fastsatt når SOMMERTID verdiene er i steady state. Ekte likevekt overflatespenning verdier er bedre etablert når de er stabile mot forstyrrelser5. Flere observasjoner av spenningen avslapping etter overflateområdet kompresjon har vært tidligere rapportert av Miller og Lunkenheimer, som brukte to klassiske tensiometry metoder, du Noüy ring og Wilhelmy plate metoder6,7 ,8. Disse metodene er mindre nøyaktige enn de som brukes i denne studien, og de DSTs ble målt hvert få minutt. Tallrike teknikker har blitt utviklet for å måle overflaten spenning (ST) eller grenseflate spenning (IFT) verdier av grensesnitt, men det er bare en håndfull teknikker som kan brukes til å måle DST eller DIFT verdier og tillate en å bruke forstyrrelser å teste stabil-state spennings verdier9. Hvis den vandige oppløsningen inneholder overflateaktivt middel blandinger, og når en av komponentene absorberer mye raskere enn de andre, så kan det være et midlertidig platå i SOMMERTID kurvene10. Da presenteres metoder kan ikke fungere godt på kort tid-skalaer som for en komponent overflateaktive midler, men de kan fortsatt fungere hvis prosedyrene er utvidet litt for å dekke lengre tid-vekter.
Protokollene beskrevet her viser representative data bare for overflate spennings verdier av en luft/vandig løsning. Disse protokollene gjelder imidlertid også for IFT av en vandig oppløsning mot en annen væske, for eksempel en olje, som er ublandbare med den vandige oppløsningen og har en mindre tetthet enn den vandige oppløsningen. Her presenterer vi to robuste metoder som tilfredsstiller disse kriteriene, den nye boblen metoden (EBM) og spinning boble metoden (SBM). I begge metodene, bestemmer en ST-verdier som er basert på boble figurer og ikke krever kontakt Vinkelinformasjon, noe som kan innføre betydelig usikkerhet og feil i målingene. For EBM, området forstyrrelser er innført av brått endre volumet av boblen dukker opp fra en sprøyte nålspissen. For SBM, endringer i rotasjons frekvens av prøvene brukes for området forstyrrelser. Den detaljerte protokoller har som mål å veilede forskere i felten, slik at de kan unngå vanlige feil eller feil i dynamisk og likevekt tensiometry og bidra til å forhindre unøyaktige tolkninger av ervervet data.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den EBM og SBM er enkle og robuste metoder for å bestemme spennings verdier for luft/vann eller olje/vann-grensesnitt ved atmosfærisk trykk. Nødvendig informasjon for disse metodene er tettheten av hver fase, og ingen kontakt Vinkelinformasjon er nødvendig for å bestemme spennings verdier9. En stor begrensning av teknikkene er at prøvene skal ha lav viskositet, og være enkelt fase eller under overflateaktivt middel løselighet. De to protokollene, EBM og SBM, brukes for å måle SOMMERtid v…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne er takknemlige 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 |
Referências
- 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).
