Proces starzenia układu ropa naftowa-woda morska analizowany metodami kąta kontaktu ciało stałe/ciecz i elastometrii powierzchniowej - wybrane wyniki badań

• Autorzy: Boniewicz-Szmyt K. , Pogorzelski S.

Warianty tytułu

EN

Weathering process in crude oil-sea water system analyzed with solid/liquid contact angle and surface elastometry methods - selected results

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Asfalteny i żywice, głowne powierzchniowoaktywne komponenty rop naftowych, są zdolne do formowania na powierzchniach międzyfazowych olej/woda i olej/atmosfera spojnych, żelo- i polimeropodobnych usieciowanych warstw pokryciowych. Proces starzenia rozlewiska ropy w morzu wiąże się ze zmianą struktury warstw i wpływa na powierzchniowe i międzyfazowe napięcia [gamma]&subOA, [gamma]&subO/W oraz odpowiadające im moduły elastyczności powierzchniowej E. Czasowa zmienność [gamma]&subO/W była rejestrowana nieinwazyjną metodą pomiaru kąta kontaktu, z użyciem kropli modelowych rop, wprowadzonych na płaską powierzchnię teflonu (PTFE), zanurzoną w oryginalnej wodzie morskiej, i analizowana z wykorzystaniem równania Younga-Dupre. Rzeczywista i urojona część zespolonego modułu lepkosprężystości międzyfazowej oraz czasy relaksacji procesow zmian strukturalnych określono metodą stres-relaksacja, za pomocą romboidalnego układu wagi powierzchniowej z płytką Wilhelmy'ego. Rezultaty ujawniły występowanie co najmniej trzech dominujących czasów procesów przejściowych oraz lepkosprężysty charakter powstających warstw, "skór" międzyfazowych, z nienewtonowską reologią. Moduły E dla powierzchni O/A są prawie o rząd wielkości niższe od mierzonych dla O/W. Po określonym czasie, zależnym od rodzaju ropy i temperatury, występuje raptowny wzrost [gamma]&subO/W silnie skorelowany (r = 0,98) ze zmianą kąta kontaktu oraz wzrostem modułu E, jako efekt komplikacji struktury warstw. Oszacowany współczynnik dyfuzji procesu adsorpcji powierzchniowej (D = h²/t&subK, gdzie h jest rozmiarem kropli ropy, a t&subK czasem charakterystycznym) jest rzędu 10&sup-6 cm&frac2s i pozostaje w zgodności z danymi uzyskanymi innymi metodami. W pomiarach porównawczych elastyczności powierzchniami kompozytowymi (szereg soczewek olejowych, o kilkucentymetrowej średnicy, na powierzchni wody morskiej) stwierdzono istotny wzrost E po 20-30 godzinach starzenia.

EN

Asphaltenes and resins, the main surface-active components of crude oil are capable of forming "rigid skins" of a gel-like polymeric network structure at interfaces. The weathering of crude oil spills at sea film related to film formation at interfaces affects both O/A (oil/air), O/W (oil/water) interfacial tensions and the corresponding elasticity modules E. A temporal variability of interfacial tension [gamma]&subO/W was registered using non-invasive contact angle method on sessile model crude oil drops deposited at PDFE (Teflon) plate surface submerged in original Baltic Sea water under laboratory conditions, and analyzed by means of Young-Dupre relation between [gamma]&subO/W and contact angle [teta]. Real and imaginary parts of the complex surface viscoelasticity modules were determined by a stress-relaxation method with a frame-type Langmuir trough-Wilhelmy plate system. The data revealed at least three main film structure transformation mechanisms with relaxation times ranging from a few seconds to several minutes and reflected the viscoelastic oil "skin" behavior with non-Newtonian surface rheology. However, at the O-A interface films are of lower elasticity by at least an order of magnitude than observed for the O-W one. After a certain period (20-25 hours depending on temperature and particular oil) a rapid increase of [gamma]&subO/W (exhibiting a strong positive correlation r = 0.98 to contact angle) is accompanied by the corresponding grow of |E| - the absolute value of the complex modules pointing to the skin structure complication. The diffusion coefficient of such an adsorption process (D = h²/t&subK, where h - is the oil drop dimension and t&subK - the transition time) is of the order of 10&sup-6 cm&frac2s in agreement with data reported by others. In a supplementary study, elasticity of composite surface i.e., natural surfactant sea water film incorporated with fine crude oil lenses (situation met at sea) exhibited a significant increase after 20-30-hour aging.

Słowa kluczowe

PL

eksploatacja urządzeń okrętowych; komponenty rop naftowych; asfalteny; żywice; elastometria powierzchniowa

EN

operation of ship equipment; components of crude oil; asphaltenes; resins; surface elastometry methods

• Wydawca: Wydawnictwo Uniwersytetu Morskiego w Gdyni
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Akademii Morskiej w Gdyni
• Rocznik: 2010
• Tom: nr 64
• Strony: 5--18
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Boniewicz-Szmyt K.

autor

Pogorzelski S.

• Akademia Morska w Gdyni

Bibliografia

• 1. Adamson A.W., Physical Chemistry of Surface, 5th ed. Wiley, New York 1990.
• 2. Bauget F., Langevin D. & Lenormand R., Dynamic surface properties of asphaltenes and resins at the oil-water interface, Journal of Colloid and Interface Science, 2001, 239, s. 501–508.
• 3. Boniewicz-Szmyt K., Pogorzelski S.J., Crude oil derivatives on sea water: signatures of spreading dynamics, Journal of Marine Systems, 2008, 74, s. 41–51.
• 4. Boniewicz-Szmyt K., Pogorzelski S.J., Mazurek A., Hydrocarbons on sea water: steady-state spread-ing signatures determined by an optical method, Oceanologia, 2007, 49(3), s. 413–437.
• 5. Ese M.H., Galet L., Clausse D., Sjöblom J., Properties of Langmuir surface and interfacial films built up by asphaltenes and resins: Influence of chemical demulsifiers, Journal of Colloid and In-terface Science, 1999, 220, s. 293–301.
• 6. Freer E.M., Svitova T., Radke C.J., The role of interfacial rheology in reservoir mixed wettability, Journal of Petroleum Science and Engineering, 2003, 39, s. 137–158.
• 7. Gaonkar A.G., Effects of salt, temperature and surfactants on the interfacial tension behavior of a vegetable oil/water system, J. Colloid Interf. Sci., 1992, 149(1), s. 256–260.
• 8. Horvath-Szabo G., Czarnecki J., Masliyah J., Sandwich structures in oil-water interfaces under alkaline conditions, Journal of Colloid and Interface Science, 2002, 253, s. 427–434.
• 9. Joos P., Uffelen M. van, Serrien G., Surface relaxation in spread insoluble monolayers of choles-terol and dipalmitoyl lecithin, Journal of Colloid and Interface Science, 1992, 152, s. 521–533.
• 10. Kato T., Iriyama K., Araki T., The time of observation of π-A isotherms III. Studies on the mor-phology of arachidic acid monolayers, observed by transmission electron microscopy of replica samples of one-layer Langmuir-Blodgett films using plasma-polymerization, Thin Solid Films, 1992, 210/211, s. 79–81.
• 11. Krog N. J., Thermodynamics of interfacial films in food emulsions, [w:] Microemulsions and emulsions in foods, eds. M. A. El-Nokaly, D. Cornell, Am. Chem. Soc., Washington, DC, 1991, s. 138–145.
• 12. Levich V.G., Physicochemical Hydrodynamics, Prentice-Hall, New York 1962.
• 13. Loglio G., Tesei U., Cini R., Dilational properties of monolayers at the oil-water interface, Jour-nal of Colloid and Interface Science, 1984, 100, s. 393–396.
• 14. Lucassen-Reynders E.H., Interfacial viscoelasticity in emulsions and foams, Food Structure, 1993, 12, s. 1–12.
• 15. Monroy F., Giermanska-Kahn J., Langevin D., Dilational viscoelasticity of surfactant monolay-ers, Colloids Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 1998, 143, s. 251–260.
• 16. Nino M.R.R, Wilde P.J., Clark D.C., Patino J.M.R., Surface dilational properties of protein and lipid films at the air-water interface, Langmuir, 1998, 14, s. 2160–2166.
• 17. Rosenholm J.B., Ihalainen P., Peltonen J., Thermodynamic characterization of Langmuir monolayers of thiolipids – A conceptual analysis, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2003, 228, s. 119–130.
• 18. Serrien G., Geeraerts G., Ghosh L., Joos P., Dynamic surface properties of adsorbed protein solutions: BSA, casein and buttermilk, Colloids Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 1992, 68, s. 219–233.
• 19. Yarranton H.W., Hussein H., Masliyah, J.H., Water-in-hydrocarbon emulsions stabilized by asphaltenes at low concentrations, Journal of Colloid and Interface Science, 2000, 228, s. 52–63.