Точное определение значений эквилибриума поверхностного напряжения с тестами на возмущения в области
Summary
Для определения значений равновесного поверхностного натяжения (EST) (EST) представлены два протокола для определения значений равновесного поверхностного натяжения (EST) с использованием метода возникающих пузырьков (EBM) и метода прядильного пузыря (SBM) для фазы, содержащей сурфактант, aqueous против воздуха.
Abstract
Мы демонстрируем два надежных протокола для определения значений равновесного поверхностного натяжения (EST) с тестами возмущения области. Значения EST должны быть косвенно определены из значений динамического поверхностного натяжения (DST), когда значения поверхностного натяжения (ST) находятся в стабильном состоянии и стабильны против возмущений. Были выбраны метод возникающих пузырьков (EBM) и метод прядения пузыря (SBM), потому что с помощью этих методов легко внедрять возмущения области, продолжая при этом измерения динамического напряжения. Резкое расширение или сжатие воздушного пузыря использовалось в качестве источника возмущения площади для EBM. Для SBM, изменения в частоте вращения выборочного раствора были использованы для производства возмущения области. В качестве модельного раствора сурфактанта использовался aqueous раствор Triton X-100 с фиксированной концентрацией выше критической концентрации мицелле (CMC). Определенное значение EST модельного интерфейса воздуха/воды от EBM составило 31,5 и 0,1 мН-м-1, а от SBM – 30,8 и 0,2 мНМ-1. Два протокола, описанные в статье, обеспечивают надежные критерии для определения значений EST.
Introduction
Определение равновесного поверхностного напряжения (EST), или равновесного межфамального напряжения (EIFT), данного воздушного/водного или нефтяного/водного интерфейса является критическим шагом для применения в широком диапазоне промышленных областей, таких как сдерживание, повышение рекуперации нефти , потребительские товары, ифармацевтика 1,2,3,4. Такие значения напряжения должны косвенно определяться динамическим поверхностным натяжением (DST) или динамическим межуфамным напряжением (DIFT), поскольку непосредственно поддаются измерению значения динамического напряжения. Значения динамического поверхностного натяжения (т.е. измерения значений напряжения как функции времени) определяются через регулярные промежутки времени. Равновесные значения напряжения считаются определенными, когда значения DST находятся в стабильном состоянии. Истинные значения равновесного поверхностного натяжения лучше устанавливаются,когда они стабильны против возмущений 5. Несколько наблюдений релаксации напряжения после сжатия поверхности ранее были зарегистрированы Миллером и Лункенхаймером, которые использовали два классических метода тенсиометрии, кольцо Дю Ной и методы пластины Вильгельми6,7 ,8. Эти методы менее точны, чем те, которые используются в этом исследовании, и эти DSTs были измерены каждые несколько минут. Многочисленные методы были разработаны для измерения поверхностного напряжения (ST) или межфалального напряжения (IFT) значения интерфейсов, но Есть только несколько методов, которые могут быть использованы для измерения значений DST или DIFT и позволяют применять возмущения для проверки стабильность приобретенных устойчивых государственных значений напряженности9. Если aqueous раствор содержит смородины смеси, и когда один из компонентов адсорбирует гораздо быстрее, чем другие, то может быть временное плато в dST кривых10. Затем представленные методы могут не работать хорошо в короткие временные шкалы, как для одного компонента сурфактантов, но они все еще могут работать, если процедуры несколько расширены, чтобы охватить более длительные временные шкалы.
Описанные здесь протоколы показывают репрезентативные данные только для значений поверхностного натяжения воздушного/ваквого раствора. Тем не менее, эти протоколы также применяются для IFT вакарастворитого раствора против второй жидкости, такой как масло, которое необратимо с aqueous разрешением и имеет меньшую плотность чем то из aqueous разрешения. Здесь мы представляем два надежных метода, которые удовлетворяют этим критериям, новый метод пузыря (EBM) и метод прядильного пузыря (SBM). В обоих методах, один определяет значения ST, которые основаны на пузырь формы и не требуют контактного угла информации, которая может ввести значительные неопределенности и ошибки в измерениях. Для EBM, возмущения области вводятся резко изменяя объем пузыря, возникающих из шприца иглы отзыв. Для SBM изменения частоты вращения образцов используются для возмущений площади. Подробные протоколы направлены на руководство исследователей в этой области, таким образом, что они могут избежать распространенных ошибок или ошибок в динамической и равновесной тенсиометрии и помочь предотвратить неточные интерпретации полученных данных.
Protocol
Representative Results
Discussion
EBM и SBM являются простыми и надежными методами определения значений напряжения для воздушных/водных или масляных/водных интерфейсов при атмосферном давлении. Предварительной информацией для этих методов является плотность каждой фазы, и для определения значений напряжения9<…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы благодарны нефтяной компании Pioneer (Vincennes, IN) за финансовую поддержку.
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).
