تحديد دقيق لقيم التوتر السطحي المتوازن مع اختبارات اضطراب المنطقة
Summary
يتم تقديم بروتوكولين لتحديد قيم التوتر السطحي المتوازن (EST) باستخدام طريقة الفقاعة الناشئة (EBM) وطريقة فقاعة الغزل (SBM) لمرحلة مائية تحتوي على سطح الأرض ضد الهواء.
Abstract
نعرض بروتوكولين قويين لتحديد قيم التوتر السطحي المتوازن (EST) مع اختبارات اضطراب المنطقة. يجب تحديد قيم EST بشكل غير مباشر من قيم التوتر السطحي الديناميكي (DST) عندما تكون قيم التوتر السطحي (ST) في حالة ثابتة ومستقرة ضد الاضطرابات. وقد تم اختيار طريقة الفقاعة الناشئة (EBM) وطريقة فقاعة الغزل (SBM)، لأنه، مع هذه الطرق، فإنه من السهل إدخال اضطرابات المنطقة مع مواصلة قياسات التوتر الديناميكي. وقد استخدم التوسع المفاجئ أو الضغط المفاجئ لفقاعة الهواء كمصدر لاضطراب المنطقة بالنسبة لـ EBM. وفيما يتعلق بـ SBM، استُخدمت التغيرات في تردد دوران محلول العينة لإنتاج اضطرابات في المنطقة. تم استخدام محلول مائي Triton X-100 لتركيز ثابت فوق تركيز الميكل الحرج (CMC) كحل نموذجي للتوتر السطحي. كانت قيمة EST المحددة لواجهة الهواء/الماء النموذجية من EBM 31.5 ± 0.1 mN·m-1 وأن من SBM كانت 30.8 ± 0.2 mN·m-1. يوفر البروتوكولان الموصوفان في المقالة معايير قوية لتحديد قيم EST.
Introduction
إن تحديد التوتر السطحي المتوازن أو التوتر بين الوجهين المتوازنين (EIFT) لواجهة معينة للهواء/الماء أو النفط/الماء هو خطوة حاسمة للتطبيقات في مجموعة واسعة من المناطق الصناعية مثل detergency، وتعزيز استعادة النفط ، والمنتجات الاستهلاكية، والمستحضرات الصيدلانية1،2،3،4. وينبغي تحديد قيم التوتر هذه بصورة غير مباشرة من التوتر السطحي الدينامي (DST) أو التوتر الديناميكي بين الوجهين (DIFT)، لأن قيم التوتر الدينامية هي وحدها القابلة للقياس المباشر. يتم تحديد قيم التوتر السطحي الديناميكي (أي قياس قيم التوتر كدالة للوقت) على فترات زمنية منتظمة. تعتبر قيم توتر التوازن يتم تحديدها عندما تكون قيم التوقيت الدولي في حالة ثابتة. يتم تأسيس قيم التوتر السطحي التوازن الحقيقي بشكلأفضل عندما تكون مستقرة ضد الاضطرابات 5. وقد تم الإبلاغ عن العديد من الملاحظات من الاسترخاء التوتر بعد ضغط المنطقة السطحية سابقا من قبل ميلر وLunkenheimer، الذين استخدموا اثنين من أساليب قياس الشد الكلاسيكية، وحلقة دو نوي وطرق لوحة فيلهلمي6،7 ،8. هذه الأساليب هي أقل دقة من تلك المستخدمة في هذه الدراسة، وتقاس تلك DSTs كل بضع دقائق. وقد تم تطوير العديد من التقنيات لقياس التوتر السطحي (ST) أو قيم التوتر بين الوجه (IFT) للواجهات، ولكن هناك فقط عدد قليل من التقنيات التي يمكن استخدامها لقياس قيم التوقيت الدولي أو DIFT والسماح للمرء بتطبيق اضطرابات لاختبار استقرار قيم التوتر ثابت الدولة المكتسبة9. إذا كان الحل المائي يحتوي على مخاليط السطحي، وعندما أحد المكونات الامتزاز أسرع بكثير من غيرها، ثم قد يكون هناك هضبة مؤقتة في منحنيات التوقيت الدولي10. ثم قد لا تعمل الأساليب المعروضة بشكل جيد في الجداول الزمنية القصيرة كما هو الحال بالنسبة لعناصر واحدة من المواد الخافضة للتوتر السطحي، ولكنها قد تعمل إذا تم تمديد الإجراءات قليلاً لتغطية جداول زمنية أطول.
البروتوكولات الموصوفة هنا تظهر البيانات التمثيلية فقط لقيم التوتر السطحي من محلول الهواء / مائي. ومع ذلك، تنطبق هذه البروتوكولات أيضا على IFT من محلول مائي ضد سائل ثان، مثل النفط، الذي هو غير قابل للامتزاج مع محلول مائي وكثافة أقل من ذلك من الحل المائي. هنا، نقدم طريقتين قويتين تفيان بهذه المعايير، طريقة الفقاعة الناشئة (EBM) وطريقة فقاعة الغزل (SBM). في كلا الأسلوبين، يحدد المرء قيم ST التي تستند إلى أشكال الفقاعة ولا تتطلب معلومات زاوية الاتصال، والتي يمكن أن تقدم شكوك وأخطاء كبيرة في القياسات. بالنسبة لـ EBM، يتم إدخال اضطرابات المنطقة عن طريق تغيير حجم الفقاعة الناشئة فجأة من طرف إبرة الحقنة. بالنسبة لـ SBM، يتم استخدام التغيرات في تردد دوران العينات لاضطرابات المنطقة. وتهدف البروتوكولات التفصيلية إلى توجيه الباحثين في هذا المجال، بحيث يمكنهم تجنب الأخطاء أو الأخطاء الشائعة في قياس التضيق الديناميكي والتوازن والمساعدة على منع التفسيرات غير الدقيقة للبيانات المكتسبة.
Protocol
Representative Results
Discussion
وEBM وSBM طريقتان بسيطتان وقويتان لتحديد قيم التوتر للهواء/الماء أو النفط/الماء البينية عند الضغط الجوي. المعلومات المسبقة لهذه الطرق هي كثافة كل مرحلة، ولا توجد معلومات زاوية الاتصال مطلوبة لتحديد قيم التوتر9. ومن القيود الرئيسية على هذه التقنيات أن العينات ينبغي أن يكون لها ل?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ويعرب المؤلفون عن امتنانهم لشركة بايونير للنفط (فينسين، IN) للحصول على الدعم المالي.
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).
