Физико-химические основы моющего действия

СОДЕРЖАНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ

Моющее действие – это процесс удаления загрязнения с различных поверхностей и перевод этих загрязнений в состояние раствора или устойчивой дисперсии [1]. Процесс очистки загрязнений от различных поверхностей весьма сложен и окончательно не выяснен, т.к. это комплекс параллельно-последовательных физико-химических и физико-механических стадий, обусловленных множеством протекающих одновременно процессов, конкурирующих между собой.

Моющее действие зависит  от природы очищаемой поверхности и загрязнения (жидкость, твердое тело). Также оно определяется средой, в которой проводится очистка (воздух, вода, неполярная жидкость, эмульсия), способом и интенсивностью механического воздействия (перемешивание, пульсация, вибрация, ультразвук).

 Огромную роль в  процессе очистки играют синтетические  моющие средства, которые являются сложными смесями поверхностно-активных веществ, неорганических солей и органических компонентов, повышающих их эффективность. Важнейшим моющим агентом остается поверхностно - активное вещество, принимающие активное участие на всех стадиях удаления загрязнения. Основное применение ПАВ в СМС связано с их физическо - химическими свойствами, которые обуславливают их адсорбционную способность. Выбор ПАВ, кроме их свойств, обусловлен стоимостью и экологической безвредностью, т. е. временем снижения концентрации ПАВ во времени.

Моющее действие является адсорбционно-десорбционным процессом, в котором участвуют поверхность,  загрязнение и раствор моющего вещества. Все стадии моющего процесса протекают во времени и носят динамический характер, следовательно, исследование кинетики адсорбции ПАВ на различных поверхностях, позволит углубить понимание сложного механизма моющего действия.

Следует отметить, что  до настоящего времени ни в отечественной, ни в зарубежной литературе исследование кинетики адсорбции ПАВ на различных  поверхностях не рассматривалось.

Целью данной работы является исследование кинетических закономерностей адсорбции неионных ПАВ на различных границах раздела фаз и кинетики диспергирования загрязнений в моющем процессе.  

2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

2.1 Физико-химические основы моющего действия

Водные растворы коллоидных ПАВ обладают моющим действием. В  соответствии с рекомендациями Международного комитета по ПАВ (СИД) и Международной  организации по стандартизации (ИСО) [1] понятию "моющее действие" дается следующее определение: моющее действие - процесс удаления загрязнения с поверхности твердых тел, в частности ткани, с переводом его в состояние раствора или устойчивой дисперсии.

Можно различить четыре основные стадии в механизме моющего  действия, которым предшествует растворение водорастворимых загрязнителей [2]:

а) смачивание раствором  моющего вещества с образованием адсорбционных слоев на поверхности  ткани загрязнителей и перевод  последних в активированное состояние, в результате чего происходит растекание слоя ПАВ по микротрещинам и измельчение частичек;

б) удаление загрязнителей  с поверхности при механическом воздействии диспергированием;

в) удерживание загрязнителей в объеме раствора вследствие эмульгирования, солюбилизации и частично пенообразования и суспендирования;

г) вывод загрязнений из области стирки.

Эти физико-химические процессы протекают  параллельно-последовательно. В общем  случае можем записать

D = f(s, W_m, W_s, W_d, ∑Г_i, ∑Sz_k, ΔE_m, F…)           (1)

где D - моющее действие (доля удаленных загрязнений), s - растворение, W_m - механическая работа отрыва загрязнений от ткани, W_s - работа смачивания поверхности субстрата, W_d - работа диспергирования (в том числе суспендирования и эмульгирования) загрязнений, Г_i- адсорбция i-го компонента системы на поверхности раздела фаз, Sz_k - солюбилизация k-го компонента загрязнений, ΔЕ_m - стабилизация дисперсий, F- пенообразование.

Следует заметить, что  попытки объяснить моющее действие каким-либо одним элементом этой совокупности не могут привести к  решению проблемы. Также, очевидно, что механизм удаления загрязнений зависит от конкретных условий проведения процесса.

2.1.1 Ткани и загрязнители

Загрязнения представляют собой в наиболее общем случае маслянистые продукты (животные жиры, жирные кислоты, нефтепродукты) в смеси с другими твердыми веществами минерального и органического происхождения. Многие загрязнения, осаждающиеся на одежде и изделиях в процессе их эксплуатации в виде частиц из уличной пыли и пыли домашних помещений, содержат от половины до двух третей твердых неорганических веществ, а также сажи, образующейся при сгорании топлива в двигателях автомобилей и сжигании ископаемых твердых топлив [3].

В зависимости от возможного способа удаления загрязнители разделяют  на водорастворимые и водонерастворимые. Водорастворимые соединения бывают органическими и неорганическими. К ним относятся: сахар, крахмал, мочевина, мука, органические кислоты, белки, поваренная соль и др. К водонерастворимы органическим соединениям относятся углеводороды, различные смолы, асфальты, лаки, краски, жиры и др. Водонерастворимые неорганические соединения включают глины, силикаты, цемент, сажу и др.

Условно все типы бытовых загрязнений  можно разделить на три группы [4]:

1. Продукты жизнедеятельности человека - это в первую очередь потовые  выделения, остатки отшелушенной кожи и ряд бактерий. Все они образуют на тканях нерастворимую в воде масляную пленку, которая со временем может желтеть и превращаться в твердую пленку. При этом все эти продукты адсорбируют на своей поверхности различные окрашенные частички пыли и сажи, т. е. становятся пигментно-масляным загрязнением.

2. Пищевые загрязнения - это пятна,  получаемые нами в процессе  приема и приготовления пищи. Это масляно-жировые пятна, пятна  от крахмала и клетчатки, белковые (молоко, кровь, животный белок от мяса и соусов) пятна, пятна, окрашенные от чая, кофе, какао, овощей и фруктов и т. д. И, как и первая группа, пищевые загрязнения со временем желтеют (изначально неокрашенные загрязнения) и, адсорбируя на себе пигментные загрязнения пыли и сажи, резко проявляются на поверхности ткани.

3. Загрязнения, получаемые из  окружающей среды: сажа и продукты  неполного сгорания от автомобилей,  зола ТЭЦ; пыль (остатки почвы,  песка и глины, строительная  пыль, окислы и т. д.). Так же  к этому типу загрязнений мы можем отнести различные минеральные и синтетические масла, зелень, цветы, пыльца растений, а также соль от обработки дорог и кислотных дождей.

Удаление загрязнителей является широким понятием, охватывающим различные  процессы, и подразумевает отделение всех посторонних веществ. Природа и характер очищаемой поверхности оказывают большое влияние на скорость и полноту удаления с нее загрязнений. Волокна отличаются по своим химическим свойствам [5].

Химические волокна подразделяются на натуральные и химические.

 Натуральные  волокна - это  волокна  растительного  (состоящие  из целлюлозы) и животного (шерсть, шелк) происхождения.

Химические волокна - получают промышленно и подразделяют на искусственные и синтетические. Искусственные волокна - это волокна, полученные на основе целлюлозы, выделяемой из древесины. К ним относятся вискозное, медно-аммиачное, ацетатное и триацетатное волокно. Синтетические волокна вырабатывают из карбо- и гетероцепных полимеров. К ним относятся поливинилхлоридное, полиакрилонитрильное, полипропиленовое, поливинилспиртовое, лавсан, капрон, нейлон, анид.

Ниже приведено химическое строение основных волокон (табл. 1).

Таблица 1. Химическое строение основных волокон

 Некоторые волокна инертны, некоторые же, как шерсть и хлопок, содержат реакционно-способные группы. В зависимости от природы волокна ПАВ по-разному адсорбируются на поверхности, и следовательно, по-разному удаляет загрязнения.

Также различна и структура волокна, например шерсть, имеет зазубрины, хлопок имеет тонкую волокнистую структуру [6]. Неоднородность поверхности тканей приводит к тому, что некоторые участки поверхности, в частности узлы переплетения, будут интенсивнее реагировать с загрязнением, тем самым затруднять его удаление.

Волокнистые материалы в водных средах способны к ограниченному набуханию. Это вызывает ослабление связи между загрязнением и растягивающей поверхностью волокна, между которыми проникают молекулы ПАВ, способствующие полному отделению загрязнения от поверхности волокна.

В результате контакта текстильных изделий с окружающей средой и человеком на них осаждаются загрязнения. Эти загрязнения удерживаются на ткани за счет механических, физических и химических сил.

Механически удерживаются пигментные загрязнения, которые проникают между нитями и прилипают к масляному загрязнению.

Физически удерживаются мелкие пигментные и масляные загрязнения.

Химические силы значительно прочнее и удалять загрязнения, удерживаемые химически, моющим раствором невозможно, для этого необходимо применять специальные реагенты.

Процесс загрязнения можно разделить на следующие стадии:

1) диффузия загрязнения к поверхности волокон; 

2) адсорбция загрязнений поверхностью волокнистых материалов;

3) диффузия загрязнений внутрь волокон;

4) закрепление волокнами частиц загрязнений [5].

Адсорбция вызвана некомпенсированным силовым полем молекул, расположенных на поверхности. Чем больше поверхность волокна, тем выше их загрязняемость.

Диффузии загрязнений внутрь волокон способствуют капиллярные силы. Чем меньше диаметр канала, тем больше сила всасывания жидких загрязнений. Гидрофобные волокна значительно меньше подвергаются загрязнению и легче очищаются.

Состав и количество загрязнителей  зависят от характера окружающей среды, условий быта и работы.

2.1.2 Основные стадии моющего действия

Смачивание поверхности  и вытеснение загрязнений. Смачивание — это поверхностное явление, заключающееся во взаимодействии жидкости с твердым или другим жидким телом при наличии одновременного контакта трех несмешивающихся фаз, одна из которых обычно является газом (воздухом). Степень смачивания количественно характеризуется углом смачивания [7].

В одной из первых работ, посвященных выявлению механизма моющего действия, Адам [8] очень наглядно показал, что отмывание волокон от масляных загрязнений в водных растворах ПАВ проходит через обязательную стадию смачивания, сопровождающегося увеличением угла смачивания на границе волокно – масло - водный раствор вплоть до образования капель, переходящих в водную фазу.

Образование мономолекулярных слоев  при адсорбции поверхностно-активных веществ из водного раствора на поверхностях волокон и масла приводит к изменению поверхностного натяжения на межфазных границах и, как следствие, к улучшению смачивания.

На первой стадии моющего процесса происходит замена границы раздела  загрязнение - воздух и твердая поверхность - воздух на границу масло - вода (М - В) и твердая поверхность - вода (Т - В). На второй стадии происходит отрыв частиц загрязнения.

Смачивание имеет большое значение в моющем процессе. В отсутствии ПАВ масло растекается по поверхности  волокна и не отмывается. Таким  образом, ПАВ в этом процессе играет основную роль, уменьшая межфазные натяжения и углы смачивания тканей водными растворами. Именно в результате такого действия ПАВ пленка загрязнения сворачивается в капли, отрывающиеся потом от волокна. При смачивании жидкость также проникает в капилляры, вытесняет из них воздух, на образующейся поверхности возникает мономолекулярный слой ПАВ [6].

Удаление загрязнителей  с поверхности диспергированием (в результате эмульгирования, суспендирования, пенообразования и солюбилизации). Удержание частиц загрязнений в растворе определяется целым комплексом коллоидных свойств ПАВ.

Прежде всего, происходит диспергирование частиц на более  мелкие. Комки твердых загрязнений  в результате пептизации переходят  во взвешенное состояние с одновременным дроблением крупных частиц на более мелкие или разрушением агрегатов.

Затем на поверхности  частиц образуются адсорбционно-сольватные слои, которые препятствуют агрегации  частиц и удерживают их во взвешенном состоянии, т. е. происходит образование  стабилизированной суспензии. Пептизация с одновременным суспендирующим действием коллоидных ПАВ способствует удержанию твердых загрязнений [9].

В случае жирных масленых загрязнений возможно самопроизвольное диспергирование до мелких капель, когда дисперсная система является лиофильной. Капли масляных загрязнений образуют прямую эмульсию масло в воде, а адсорбционные слои ПАВ способствуют удержанию их в водной среде. Кроме того, особенно для лиофобных систем, масляные загрязнения удерживаются в объеме водной среды за счет солюбилизации.

Солюбилизирующая способность  связана с мицеллообразованием  и растворением в системе веществ, нерастворимых без добавления ПАВ. Образование такой системы сопровождается уменьшением свободной энергии, что обуславливает ее термодинамическую устойчивость.

Некоторые авторы склонны  считать, что солюбилизирующая способность  определяет моющую способность. Но к  этому нет достаточных оснований. В некоторых случаях имеется  противоположная зависимость для  моющего действия и солюбилизирующей способности [10].

Эмульгирующая способность  ПАВ является одним из важнейших  свойств. Загрязнения, как правило, состоят из пигментов и масел. Молекулы ПАВ, адсорбируясь на волокнах, образуют поверхность, полярную в отношении  масла. Вследствие этого масло начинает сворачиваться в шарики. В результате адсорбции ПАВ вокруг капельки масла образуется защитный слой, который должен обладать упругостью и прочностью. Поверхность раздела между маслом и водой состоит из трех молекулярных слоев (адсорбированные молекулы масла, эмульгатор, адсорбированные молекулы воды). Эмульгатор снижает межповерхностное натяжение.

Коллоидные ПАВ являются еще и пенообразователями. Пенообразующая способность характеризуется количеством  пены, получаемой из данного количества жидкости, и ее устойчивостью. К пузырькам пен прилипают частицы загрязнений, которые удерживают их в растворе, затем происходит флотационное всплытие пузырьков. Хотя следует, подчеркнуть, что в моющем процессе пенообразование не играет существенной роли: в пену из объема раствора переходит всего 5 -10% загрязнителей. Однако именно это свойство моющих препаратов - давать пену - часто влияет на выбор потребителями моющих средств.

Стабилизация дисперсий  загрязнения и предотвращение их обратного осаждения на ткани. Отличительные особенности коллоидных ПАВ наиболее ощутимы на стадии моющего действия, которая заключается в удержании загрязнений в жидкой среде и в предотвращении их возможного оседания на обрабатываемую поверхность.

В результате адсорбции  поверхностно-активных веществ на поверхностях волокон, а также капелек и частиц загрязнителей, образуются адсорбционно-сольватные слои [2]. Такие слои несут заряд или могут быть незаряженными. Независимо от этого формирование защитных слоев на соответствующих поверхностях способствует отрыву загрязнений от волокон и препятствует их обратному осаждению. Загрязнения могут отрываться от волокна в виде отдельных частиц или агрегатов, в которых частицы непосредственно взаимодействуют с некоторыми незащищенными участками поверхности или через тонкие прослойки жидкости. При последующем механическом воздействии агрегаты распадаются (пептизируются), а на их незащищенной поверхности адсорбируются молекулы ПАВ.

Если стабилизация дисперсий  осуществлена недостаточно эффективно, то при столкновениях частиц загрязнителя с волокнами возможна их адгезия или фиксация во вторичной потенциальной яме при взаимодействии через прослойки жидкости [11]. Обратное осаждение частиц или капелек загрязнений может происходить и при уменьшении концентрации в водной фазе, и соответственно десорбции поверхностно-активных веществ с волокон в процессе полоскания в стиральных машинах. Особенно это может проявляться в тех случаях, когда загрязнения отделены от волокон, но остаются в непосредственной близости от них.

Стабилизация осуществляется либо  при создании условий,  необходимых для формирования двойных ионных слоев или в результате образования структурных адсорбционно-сольватных оболочек на поверхности, как загрязнителей, так и волокон.

2.1.3 Роль ПАВ в моющем процессе

Поверхностно - активными веществами называют такие химические соединения, которые при растворении или диспергировании в жидкости избирательно адсорбируются на поверхности раздела фаз, что определяет совокупность их физико-химических или химических свойств, имеющих практическое значение [12].

Выделив элементарные акты моющего  действия и функции компонентов композиций, можно проанализировать их зависимость от структуры молекул поверхностно-активных веществ и сформулировать требования к ПАВ как к моющим агентам. При этом необходимо выделить критерии оценки ПАВ в каждом процессе. В соответствии с особенностями строения, молекулу ПАВ можно охарактеризовать полярностью и неполярностью гидрофобной части и геометрией молекулы. Полярность гидрофильной части можно характеризовать энергией взаимодействия с водой или, при отсутствии таких данных, коэффициентом распределения молекул ПАВ между водой и органической фазой.

Понижают поверхностное натяжение  интенсивнее ПАВ, у которых более  гидрофобный радикал [13]. Поверхностно-активные вещества, используемые в моющих средствах, хорошо растворимы в воде и адсорбция происходит из водной фазы. Однако, число атомов углерода в алифатической цепи, определяющее гидрофобность молекулы, ограничено до 18-20, так как ПАВ с большим числом атомов углерода в цепи плохо растворимы в воде и их концентрация в водном моющем растворе недостаточна для проведения процесса очистки. В эффекте понижения поверхностного натяжения природа полярной группы не играет существенной роли, также как геометрия молекулы ПАВ (для этого эффекта указанные свойства второстепенны). Значительно понизить поверхностное натяжение можно, применяя в композиции ПАВ, растворимые как в воде, так и в масле, за счет адсорбции из водной и органической фаз [14]. Если поверхность сильно гидрофобизирована загрязнением, то на нее хорошо адсорбируются ПАВ, имеющие разветвленную неполярную группу (например, несколько алифатических радикалов или ароматическое кольцо) и полярную группу, обладающую высокой гидрофильностью.

Для стабилизации прямых эмульсий, образующихся в моющем процессе, необходимо, чтобы коэффициент распределения для поверхностно-активного вещества был направлен в сторону водной фазы, число атомов углерода в цепи равнялось 12 -18 и соотношение диаметров полярной и неполярной группы было максимальным [15]. Максимальными стабилизирующими свойствами обладают композиции ПАВ, растворимых как в воде, так и в масле, а также высокомолекулярные ПАВ, образующие прочные студнеобразные структуры на поверхности раздела фаз. Высокомолекулярные ПАВ применяются в тех случаях, когда у низкомолекулярных не выполняется условие соотношения диаметров полярной и неполярной групп. В большинстве случаев это наблюдается в моющих средствах на основе синтетических кислот и вторичных алкилсульфатов [16]. Роль эмульгирования в моющем действии велика ещё потому, что твердые загрязнения, как правило, покрыты слоем жидких, и по этой причине механизм их отделения и стабилизации - эмульсионный. Работа адсорбции в системе жидкость - жидкость выше, чем в системе жидкость - газ и жидкость - твердое тело, поэтому в первую очередь образуется эмульсия.

С эмульгированием связано высаливание  поверхностно-активных веществ солями, содержащимися в композициях. В  присутствии солей, эмульгирующая  способность ПАВ, содержащих 10-13 атомов углерода в алифатической цепи, увеличивается, а для поверхностно-активных веществ с углеводородным радикалом равным 15-20 -уменьшается. Поэтому в моющих средствах рационально применять ПАВ с широким распределением атомов углерода в гидрофобной части, что часто выполняется на практике. Если же моющее средство не содержит солей, то оптимальное число атомов углерода соответствует 14-16.

В том случае, когда в моющем процессе играет роль солюбилизация, для  достижения лучшей очистки необходимо использовать ПАВ с несколькими гидрофильными полярными группами и линейным алкильным радикалом с числом атомов углерода более 14.

Моющие и адсорбционные свойства зависят от природы и положения  гидрофильной группы, природы гидрофобной  части молекулы и промежуточных групп. Так, вещества с карбоксильной группой характеризуются способностью прочно удерживать загрязнители и стабильностью пены. К их недостаткам относятся неустойчивость в жесткой воде, склонность к разрушению более сильными кислотами, отсутствие активности в нейтральных средах, щелочность вследствие гидролиза соли, высокое значение ККМ, способность к пенообразованию только при высоких температурах, плохая отмываемость при низких температурах [17].

К преимуществам ПАВ, включающих сульфатные группы, относятся: устойчивость в жесткой воде, химическая стойкость, высокая смачивающая способность и пенообразование (при стабильности пены); они имеют нейтральную реакцию, активность в широком интервале рН и низкое сродство к целлюлозным и белковым волокнам. Моющее действие этих веществ ниже, чем карбоксилатов, они хуже удерживают загрязнители, разрушаются в кислых средах, могут вызвать пожелтение ткани [18].

Поверхностно-активные вещества, содержащие сульфонатные группы, также характеризуются  высокой устойчивостью в жесткой воде, значительной эмульгирующей способностью, быстрым вспениванием и обильным пенообразованием при малых концентрациях, химической стойкостью, хорошими смачиваемостью и растворимостью, имеют нейтральную реакцию и растворяют жиры. Однако их моющее действие, и способность к удержанию загрязнителей невысоки, они раздражают кожу, взаимодействуют с белковыми продуктами, склонны вызывать пожелтение волокон [19].

В ряду соединений с разными гидрофильными  группами и одинаковыми, гидрофобными, моющая способность возрастает следующим образом: сульфогруппа < сульфатная группа < карбоксильная группа [18].

Поверхностно-активные вещества с  оксиэтильными группами способны хорошо диспергировать кальциевые мыла [20] и удерживать загрязнители, имеют хорошую смачивающую способность (при невысоком пенообразовании), не имеют сродства к большинству волокон, эмульгируют жиры и масла. Недостатками этих ПАВ являются невысокая стабильность пены и малая моющая способность по отношению к целлюлозе.

Сочетание в одном моющем ПАВ сульфатной и оксиэтильных групп улучшает диспергирующие и эмульгирующие свойства, способность к удержанию загрязнителей. Наряду с этим улучшаются пенообразование, смачивающее и моющее действие. Перемещение любой гидрофильной группы ближе к середине углеводородной цепи приводит к ухудшению моющего действия [21].

Моющие ПАВ различаются  не только гидрофильными группами и  длиной углеводородного радикала, но и степенью его разветвленности, наличием в цепи двойных связей и  ароматических колец. Чем длиннее  цепь, тем лучше моющая способность, устойчивость пены, активность при повышенной температуре, способность удерживать загрязнители. Но с увеличением радикала ухудшаются смачивание, эмульгирование, пенообразование, растворимость, устойчивость в жесткой воде. Чем больше разветвлена гидрофобная часть молекулы, тем ниже моющее действие. Наличие двойной связи повышает растворимость и моющее действие ароматической группы - гидрофобность; при этом моющее действие моноалкилфенолсульфонатов выше моющего действия алкилсульфонатов. Введение алкильных заместителей в ароматическое кольцо снижает моющее действие ПАВ [22].

2.2 Закономерности адсорбции на границе раствор - твердая поверхность

Из фундаментального уравнения Гиббса для плоского поверхностного слоя следует, что межфазный слой обогащается тем компонентом, который характеризуется меньшей работой извлечения из объема и снижает поверхностное натяжение. Это приводит к убыли свободной поверхностной энергии dF^s< 0. Изменение концентрации компонента на поверхности раздела фаз по сравнению с концентрацией в объеме называется адсорбцией.

Адсорбцию можно определить как процесс выравнивания химических потенциалов компонентов между поверхностью и объемом, приводящий к изменению концентрации на поверхности [23].

Адсорбция на границе твердое тело — раствор в общем сходна с адсорбцией на поверхности твердое тело — газ, но в первом случае явление сильно усложняется наличием третьего компонента — среды (растворителя), молекулы которого могут также адсорбироваться на поверхности адсорбента и, следовательно, являться конкурентами молекул адсорбтива.

Для адсорбции смеси растворов, как и для смеси газов, характерно правило вытеснения: компонент, сильнее  адсорбирующийся отдельно, сильнее  адсорбируется и в смеси [24].

Адсорбция зависит от взаимодействия всех компонентов, т.е. взаимодействия твердого тела с растворителем, твердого тела с адсорбатом и адсорбата с растворителем. Следовательно, необходимо учитывать межмолекулярные взаимодействия в жидкой фазе, т. к. они часто имеют решающее значение.

Прежде   всего,    адсорбция    зависит   от    взаимодействия адсорбента и среды, которое характеризуется теплотой смачивания и определяет условия смачивания, растекания, адгезии и когезии. Эти явления сопровождают друг друга, и каждое из них вносит вклад в межфазное взаимодействие.

2.2.1 Кинетические закономерности адсорбции

Адсорбция является динамическим процессом, характеризующимся временем, в течение которого адсорбированная молекула находится на поверхности адсорбента (временем адсорбции τ).

Количество адсорбированного вещества Г (молекул/см²) пропорционально τ и числу молекул n, ударяющихся об единицу поверхности в единицу времени (молекул/см²·с). Таким образом, основное динамическое уравнение адсорбции имеет весьма простой вид:

Г = n·τ                      (2)

Время жизни молекул на поверхности адсорбента определяется по уравнению Френкеля:

где τ₀ - период колебания молекулы в направлении, нормальном к поверхности; Q_а - теплота адсорбции.

Адсорбция, как и любой физико-химический процесс, протекает во времени. Скорость процесса адсорбции зависит от скорости двух процессов: диффузии адсорбтива к поверхности адсорбента и собственно адсорбции [25]. Скорость физической адсорбции на пористых адсорбентах обычно велика, и поэтому часто измерить ее очень сложно.

При адсорбции из раствора на межфазной границе жидкость - твердое тело скорость адсорбции ниже, чем из газовой фазы и определяется, главным образом, скоростью первого процесса, т.е. диффузией молекул адсорбтива к поверхности адсорбента, так как взаимодействие адсорбтива и адсорбента происходит быстро. При этом концентрация вещества в растворе с снижается, а величина адсорбции возрастает. В состоянии равновесия, когда скорость адсорбции равна скорости десорбции, величины А и с обретают равновесные значения ( Ар и с_р).

В начале процесса адсорбция практически пропорциональна времени, так как поверхность адсорбента свободна от адсорбтива. По мере заполнения активных центров адсорбента скорость адсорбции снижается и наступает равновесие.

Температура двояко влияет на скорость адсорбции. С увеличением температуры, согласно уравнению Френкеля [25], уменьшается время адсорбции τ, а следовательно, и количество адсорбированного вещества Г. С другой стороны, с ростом температуры (и уменьшением τ) быстрее наступает адсорбционное равновесие и увеличивается скорость сопутствующего процесса диффузии адсорбтива к поверхности адсорбента, обычно лимитирующего адсорбцию. Поэтому технологическое регулирование адсорбционного процесса посредством изменения температуры определяется поставленной задачей наиболее полного или наиболее быстрого поглощения адсорбтива. В первом случае следует уменьшить температуру, во втором - вести процесс при высокой температуре.

2.2.2 Адсорбция ПАВ на твердых поверхностях

В моющем процессе поверхностно-активные вещества адсорбируются на различных  поверхностях: на тканях, загрязнителях (жидких и твердых), на поверхности  воздушных пузырьков. Строение адсорбционных  слоев определяется ориентацией адсорбированных молекул. Концентрация поверхностно-активного вещества в таком слое намного больше, чем в объеме раствора.