i

Aktuální číslo:

2025/7

Téma měsíce:

Umění

Obálka čísla

Bubliny, kapky, částice a surfaktanty

 |  4. 10. 2021
 |  Vesmír 100, 631, 2021/10
komerční prezentace

Bubliny, kapky a pevné částice jsou součástí řady průmyslových technologií. Příkladem jsou procesy, ve kterých interagují bubliny mezi sebou (např. aerace, fermentace), nebo procesy, v nichž interagují bubliny s částicemi v kapalném prostředí (např. flotace, zpracování odpadních vod). Tyto vícefázové systémy jsou ze své podstaty velice komplexní a jejich popis je značně komplikovaný.

Stupeň komplexity celého systému se ještě zvýší, pokud je do dvou- či třífázové směsi přidán surfaktant (v literatuře také označován jako tenzid či detergent). Surfaktanty jsou povrchově aktivní látky, většinou organického původu, které snižují povrchové napětí mezi kapalinou a plynem. Molekuly surfaktantu se skládají ze dvou částí: z hydrofilní části molekuly s afinitou k polárním látkám a z hydrofobního zbytku s afinitou k nepolárním látkám. Rozhraní mezi kapalinou a bublinou bývá často rozhraní mezi polární látkou (voda) a nepolární látkou (vzduch). Surfaktanty se tudíž pohybují kapalinou, aby se dostaly k preferovanému fázovému rozhraní a adsorbovaly se na povrch bubliny. Vlivem proudění kapaliny kolem stoupající bubliny se však molekuly surfaktantu hromadí ve spodní části bubliny, čímž dochází k nerovnoměrnému rozložení molekul na povrchu bubliny. Tato nehomogenita má za následek vznik protiproudého toku kolem bubliny, který brzdí nejen pohyb bubliny, ale ovlivňuje i elasticitu povrchu. Bublina tudíž v kapalině stoupá pomaleji, méně se deformuje a při kolizích s dalšími bublinami nedochází ke koalescenci (k vzájemnému spojování). Všechny tyto jevy je nutno brát v potaz, pokud zkoumáme vícefázové procesy v přítomnosti surfaktantů.

Přítomnost surfaktantů ovlivňuje také interakce bublin a pevných částic. K těm dochází například při flotaci, která využívá charakteristické schopnosti některých tuhých povrchů poutat na sebe vzduchové bubliny a vytvářet tzv. flokule. Díky připoutaným bublinám mají flokule nižší hustotu než okolní kapalina, a tudíž stoupají k hladině, odkud je lze lehce odseparovat. Přídavkem vhodného surfaktantu lze stabilizovat pěnu na hladině kapaliny a také selektivně ovlivnit, který typ pevných částic bude tvořit stabilní flokule. Toho se využívá například při separaci směsí plastů pomocí flotace, která v současnosti nabývá na významu zejména s rostoucí potřebou jejich recyklace.

S rostoucím ekologickým povědomím naší společnosti je stále větší poptávka po biologicky odbouratelných materiálech a v oblasti separací po biosurfaktantech. Proto je důležité vedle tradičních syntetických surfaktantů zkoumat i chování těchto nových látek a znát jejich vliv na stávající technologické procesy, abychom mohli odpovědně navrhovat společensky prospěšné inovace či nové technologie.

Materiál vznikl za podpory projektu Strategie AV21 Akademie věd ČR, VP20 – Voda pro život.

 

 

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Chemie

O autorech

Mária Zedníková

Marek Růžička

Doporučujeme

Najít své těžiště kontroly

Najít své těžiště kontroly uzamčeno

„Svobodu, nebo smrt je návod, jak vyhrát bitvu, ale zároveň recept na rozchod,“ říká bývalý hlavní armádní psychiatr Jan Vevera. Faktory, které...
Věstonická superstar

Věstonická superstar video

Soška tělnaté ženy z ústředního tábořiště lovců mamutů u dnešních Dolních Věstonic pod Pálavou je jistě nejznámějším archeologickým nálezem...
K čemu je umění?

K čemu je umění? uzamčeno

Petr Tureček  |  7. 7. 2025
Výstižná teorie lidské evoluce by měla nabídnout vysvětlení, proč trávíme tolik času zdánlivě zbytečnými činnostmi. Proč, jako například lvi,...