Repositorio
Institucional

Ramirez-Flores, Juan Carlos

Bachmann, Joerg

Assessing and predicting granular-materials hydrophobicity by parametrizing a general equation of state

WILEY-V C H VERLAG GMBH

JOURNAL OF PLANT NUTRITION AND SOIL SCIENCE

en

Wettability is related to forces or surface tensions (s) acting at the solidliquidvapor interface. Given that surface tensions are difficult to assess directly, contact angles (CA) are used as indicators of the balance of forces acting in the system. In this context, the ES theory was developed as an alternative to assess the s parameters of the Young's equation. This research evaluates the applicability of a proposed equation of state (ES), which is in theory also able to predict the CA of a sample when two s parameters of the Young's equation and two fitting parameters ( beta and a) of the function F = (sSL) are known (F: molecular interaction parameter, sSL: solidliquid surface tension). These parameters were determined by different experimental methods assessing the CA, in order to determine which method is more suitable to validate the ES theory: Capillary Rise Method (CRM) and Wilhelmy Plate Method (WPM). For WPM, two modes (advancing and equilibrium CA) were applied. Finally, results of CA between the experimental measurements obtained by WPM and those predicted by the ES were compared. Samples of coarse silt, fine sand, and nonporous glass beads with different levels of water repellency were used as test materials. In line with previous research, all methods showed lower values of s for samples with increasing hydrophobicity. At the same time, F reduces consistently with higher hydrophobicity, up to approximate to 0.50.6 based on CRM and WPM-ECA data, and even lower (approximate to 0.10.2) in WPM-ACA. a increased with higher hydrophobicity, having relatively stable values in samples having sSV > 40 mN m1. beta showed stable values for samples having sSV > 35-40 mN m1. In hydrophobic samples (sSV < 35 mN m1), beta decreased in calculations based on WPM-ACA data, and to a minor degree in WPM-ECA. The agreement between the CA directly measured (WPM) and those predicted by the ES was low, although better for the WPM-ECA, suggesting that this last approach can be considered more suitable to evaluate the ES theory.#La humectabilidad está relacionada con las fuerzas o tensiones superficiales (s) que actúan en la interfaz sólido-líquido-vapor. Dado que las tensiones superficiales son difíciles de evaluar directamente, los ángulos de contacto (AC) se utilizan como indicadores del equilibrio de fuerzas que actúan en el sistema. En este contexto, la teoría ES se desarrolló como una alternativa para evaluar los parámetros s de la ecuación de Young. Esta investigación evalúa la aplicabilidad de una ecuación de estado (ES) propuesta, que en teoría también es capaz de predecir el AC de una muestra cuando se conocen dos parámetros s de la ecuación de Young y dos parámetros de ajuste (beta y a) de la función F = (sSL) (F: parámetro de interacción molecular, sSL: tensión superficial sólido-líquido). Estos parámetros se determinaron mediante diferentes métodos experimentales para evaluar el AC, con el fin de determinar qué método es más adecuado para validar la teoría ES: el Método de Ascenso Capilar (MAC) y el Método de la Placa de Wilhelmy (MPW). Para el MPW, se aplicaron dos modos (AC de avance y de equilibrio). Finalmente, se compararon los resultados del AC entre las mediciones experimentales obtenidas por el MPW y las predichas por la ES. Se utilizaron como materiales de prueba muestras de limo grueso, arena fina y perlas de vidrio no porosas con diferentes niveles de repelencia al agua. En línea con investigaciones previas, todos los métodos mostraron valores más bajos de s para muestras con hidrofobicidad creciente. Al mismo tiempo, F se reduce consistentemente con mayor hidrofobicidad, hasta aproximadamente 0,50,6 según datos de CRM y WPM-ECA, e incluso más bajo (aproximadamente 0,10,2) en WPM-ACA. a aumentó con mayor hidrofobicidad, teniendo valores relativamente estables en muestras con sSV > 40 mN m1. beta mostró valores estables para muestras con sSV > 35-40 mN m1. En muestras hidrofóbicas (sSV < 35 mN m1), beta disminuyó en cálculos basados ​​en datos de WPM-ACA, y en menor grado en WPM-ECA. La concordancia entre la CA medida directamente (PPM) y la predicha por el ES fue baja, aunque mejor para la PPM-ECA, lo que sugiere que este último enfoque puede considerarse más adecuado para evaluar la teoría del ES.

Artículo original

This research was funded by the research project "Surface Energy Characterization of Heterogeneous Porous Media: Theoretical and Experimental Assessment of the Wettability of the Soil" (Niedersachsen Foundation, NHDF N22002), Leibniz Universitat Hannover (Institute of Soil Science), and Universidad de La Frontera (Direccion de Investigacion and Direccion de Cooperacion Internacional).

Esta investigación fue financiada por el proyecto de investigación "Caracterización de la energía superficial de medios porosos heterogéneos: evaluación teórica y experimental de la humectabilidad del suelo" (Fundación de Baja Sajonia, NHDF N22002), la Universidad Leibniz de Hannover (Instituto de Ciencias del Suelo) y la Universidad de La Frontera (Dirección de Investigación y Dirección de Cooperación Internacional).

10.1002/jpln.201000417

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tensión superficial

humectabilidad del suelo

parámetro de interacción

enfoque empírico

método de la placa de Wilhelmy

método de ascenso capilar

surface tension

soil wettability

interaction parameter

empirical approach

Wilhelmy Plate Method

Capillary Rise Method

ÁNGULO DE CONTACTO DINÁMICO

MEDIOS POROSOS

TENSIÓN SUPERFICIAL

SUELOS

DYNAMIC CONTACT-ANGLE

POROUS-MEDIA

SURFACE-TENSION

SOILS

tensión superficial

humectabilidad del suelo

parámetro de interacción

enfoque empírico

método de la placa de Wilhelmy

método de ascenso capilar

surface tension

soil wettability

interaction parameter

empirical approach

Wilhelmy Plate Method

Capillary Rise Method

ÁNGULO DE CONTACTO DINÁMICO

MEDIOS POROSOS

TENSIÓN SUPERFICIAL

SUELOS

DYNAMIC CONTACT-ANGLE

POROUS-MEDIA

SURFACE-TENSION

SOILS

Assessing and predicting granular-materials hydrophobicity by parametrizing a general equation of state

JOURNAL OF PLANT NUTRITION AND SOIL SCIENCE

WILEY-V C H VERLAG GMBH

hibrida#verde

metadato

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Artículo original

versión publicada

Niedersachsen Foundation NHDF N22002#Leibniz Universitat Hannover (Institute of Soil Science)#UFRO DI Cooperacion Internacional)

1436-8730

355

366

Agronomy

Plant Sciences

Soil Science

Agronomía

Ciencias Vegetales

Ciencia del Suelo

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WOS:000304598900004