界面活性剤分子は気液界面に吸着されます。図 7 は、吸着過程における界面活性剤分子の模式図です。濃度が非常に希薄な場合、吸着量は少なく、表面吸着分子は少なくなり、気液界面で平らに横たわることができます。濃度が増加するにつれて、中程度の濃度では、溶液表面上の表面吸着分子の配向はよりランダムになり、3 つの配向があります。濃度が飽和吸着まで増加し続けると、表面吸着分子は徐々に界面に近づき、疎水基は気相を向き、親水基はバルク相を向き、直立状態で比較的厳密な方向の配置を形成します。濃度を高濃度まで上げ続けます。界面活性剤溶液の濃度が高すぎると、水分子との水素結合の効果が弱まり、ハイドレート形成の駆動力が低下し、ハイドレート形成速度が低下する。一方、濃度が高すぎると、核形成の初期段階で界面活性剤分子が気液界面に多数集まり、それ以上の水和物の形成が妨げられます。高濃度系では初期段階で誘導期間が短いのはこのためです。 。
飽和吸着濃度に達すると、気液界面層の界面張力が効果的に低下し、気体分子が速やかに界面層に入り飽和に達して気泡を形成し、界面層上に水分子と水和物結晶核を形成する。水分子とガス分子の作用により、結晶核の表面にハイドレートの薄い層が形成され始め、ガスとハイドレートの界面とハイドレートと水の界面という 2 つの界面が追加されます。界面張力が最小限に抑えられると、界面活性剤分子は溶液中でミセルを形成します。長い炭素鎖の界面活性剤分子のミセルにはより多くの凝集体があり、形成されるミセルはより大きくなります。これらの分子は疎水基をまとめ、親水基は外側を向いて球を形成します。ミセルモデルを図に示します。
溶液中の水分子は球面を形成する親水基と結合し、その空洞内に気体分子が包まれ、可溶化に良い役割を果たします。界面活性剤分子がガス-ハイドレート界面に移動してガス分子と接触すると、気液接触面積が増加し、それによってハイドレートの成長速度が増加します。界面活性剤分子の炭素鎖長が短いと、ミセル集合体の数が少なく、球状ミセルを形成できず、水分子と気体分子との接触を効果的に促進することができない。
このとき、溶液濃度はちょうど飽和吸着濃度であり、吸着分子は比較的緻密な直立状態で界面に配列し、液面上に緻密な単分子膜を形成するため、気液界面でのみ水和物を形成することができる。 。界面でハイドレートが徐々に増加すると、ハイドレートは「固定化」の役割を果たし、メタンガス分子と水分子の間のさらなる物質移動と熱伝達をブロックするため、ハイドレートの形成速度は徐々に減少し、形成が停止します。
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