Вопрос №44. Адсорбция и строение адсорбционного слоя

Адсорбция - самопроизвольный процесс повышения концентрации газообразных и растворенных веществ на границе раздела фаз приводящий к их охлаждению на твердой поверхности.

Адсорбция вызвана избытком свободной поверхностной энергии на границе раздела фаз и сопровождается понижением Ϭ. Вещество способное поглощать (адсорбировать) на своей поверхности - адсорбент. Вещество которое поглощает - адсорбтив.

В отдельных случаях молекулы вещества диффундируют вглубь поглотителя и распространяются по всему объему. такая сорбция - объемная (аБсорбция)

аДсорбция - поверхностная сорбция

аБсорбция может происходить на границе раздела Г-Ж, Г-П, Ж-П.

Избыток растворенного вещества в поверхностном слое - положительная адсорбция. Недостаток - отрицательная.

При положительной адсорбции, как правило, используют ПАВ, при отрицательной используют ПИВ (инактивное).

ПАвы содержат полярно функциональную группу и неполярный углеводородный радикал, т.е. молекулы ПАВ имеют двойственную породу.

В качетсве ПАВ в нефти могут выступать нафтеновые и жирные кислоты, фенолы, металло-парафиновые компоненты, иногда и сами асфальто-смолистые вещества.

1 - полярная часть

2- неполярная часть (неуглеводородный радикал)

Полярная часть молекулы обладает ненасыщенными силовыми полями, а неполярная имеет дипольный момент равный 0.

На границе раздела фаз полярная часть молекулы ПАВ располагается так, что полярный её конец обращен в сторону полярной фазы, а неполярная в сторону неполярной фазы.

Такое поведение ПАВ позволяет из гидрофилной породы сделать гидрофобную и наоборот.

Однако не все участки породы обладают одинаковыми адсорбционными свойствами

На микротрещинах и выступах адсорбционное поглощение идет лучше, чем на ровной поверхности. Такие участки - активные центры.

Химическая абсорбция обусловлена прямодействием абсортива абсорбентом за счет химических сил.

Количественно адсорбция характеризуется:

А=(Со-Ср)/S, где Со и Ср - начальные и предельные концентрации вещества в растворе, S - площадь поверхности адсорбента.

Если происходит объемная сорбция то необходимо учитывать массу абсорбентов. А=(Cо-Ср)/М

Связь между поверхностным натяжением и величиной адсорбции связывает уравнение Гибса. А=C/(RT)*(dϬ/dc), где с - молекулярная концентрация; dϬ/dc - поверхностно-активный компонент. Графически величина Ϭ и А от концентрации ПАВ выглядит:

Многочисленные исследования в области адсорбционных и поверхностных явлений позволили сделать выводы:

1) На величину адсорбции естественно значительное влияние оказывает минералогический состав породы, с увеличением карбонатности глинистых пор А растет;

2) адсорбция нафтеновых кислот, смол, асфальтенов и синтетических ПАВ является многослойной, поле молекулярной.;

3) Нафтеновые кислоты и асфальтены почти полностью подавляют адсорбцию смол;

4) Адсорбция смол независит от минералогического состава породы и снижается с ростом температуры и давления.

Для синтетических ПАВ:

1) Наименьшее значение А наблюдается при высокой нефтенасыщенности. Рост обводненности приводит к росту А.

2) Скорость фильтрации оказывает незначительное влияние на величину адсорбции.