Learning Centre

Surfactant adsorption from triglyceride solvent: Effect of water and surfactant structure

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Sammalkorpi, Maria
dc.contributor.advisor Kuitunen, Susanna
dc.contributor.author Vuorte, Maisa
dc.date.accessioned 2018-12-14T16:07:51Z
dc.date.available 2018-12-14T16:07:51Z
dc.date.issued 2018-12-10
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/35512
dc.description.abstract Vegetable oils have attracted significant attention as alternative raw materials to replace conventional fossil-based crude oils in the energy,chemical, and pharmaceutical industries. Vegetable oils, while mainly triglycerides, contain impurities that can deteriorate bulk oil and end-product quality. A common vegetable oil purification step involves the use of adsorbents to remove undesired components in the oil. While the effectiveness of different adsorbents in purification of bio-based oils has been experimentally widely studied, molecular scale description of adsorption phenomena in these apolar environments is currently lacking. Here, the adsorption of model impurity species, that is, water, glycerol, oleic acid, monoolein, and two types of phospholipids, on two model silica adsorbents, quartz and cristobalite, was studied using atomistic molecular dynamics simulations. It was found that adsorption strength is strongly dependent on the charge of the adsorbate, with notably stronger adsorption of phospholipids (DOPC and DOPE) compared to the nonionic additives. Adsorption strength is also sensitive to the hydrogen bonding capability of the additive with the silica surface and the triglyceride solvent, as well as, hydrogen bonding between closely spaced silica surface silanol groups. Additionally, the effect of surfactant concentration and oil water content on the adsorption and aggregation of oleic acid and monoolein was studied. It was found that the amount of adsorbed surfactant increases gradually with surfactant concentration for both monolein and oleic acid, with stronger adsorption of monoolein compared to oleic acid. Additionally, monoolein and oleic acid form filament-like, highly dynamic aggregates with no clearly shielded hydrophilic core; aggregate size increases gradually with increased surfactant concentration. Introduction of water into the surfactant–oil mixture functions as a competitive adsorbate but also hydrates the hydrophilic head groups of the two surfactants, leading to improved adsorption of oleic acid with increased water concentration. While addition of water initially improves monoolein adsorption, the effects are more prominent in aggregation, with water promoting significant aggregate growth for both monoolein and oleic acid. en
dc.description.abstract Kasviöljyt ovat herättäneet kiinnostusta vaihtoehtoisina raaka-aineina perinteisten fossiilisten raakaöljyjen korvaamiseksi energia-, kemian- ja lääketeollisuudessa. Kemiallisesti kasviperäiset öljyt ovat triglyseridien seoksia, ja niissä on erilaisia pieniä epäpuhtauksia, jotka voivat heikentää öljyn ja sen johdannaisten ominaisuuksia ja laatua. Yleinen kasviöljyjen puhdistusvaihe käsittää adsorbenttien käytön öljyn kuivapesussa. Vaikka erilaisten adsorbenttien tehokkuutta bioperäisten öljyjen puhdistuksessa on kokeellisesti laajasti tutkittu, adsorptioilmiöiden molekulaarinen kuvaus apolarisissa ympäristöissä on edelleen puutteellista. Tässä diplomityössä tutkittiin atomistisella molekyylidynamiikka-simulaatiolla veden, glyserolin, oleiinihapon, monooleiinin ja kahden fosfolipidityypin adsorboitumista kahdella mallipiioksidiadsorbentilla, kvartsilla ja kristobaliitilla. Työssä havaittiin adsorptiovahvuuden riippuvan voimakkaasti adsorbaatin varauksesta; kahden tutkitun fosfolipidin adsorptio on huomattavasti voimakkaampi verrattuna varauksettomiin adsorbaatteihin. Adsorptiovahvuus on myös herkkä adsorbaatin vetysitoutumiselle sekä piioksidipinnan silanoliryhmien että triglyseridiliuottimen kanssa. Lisäksi vetysidokset kvartsipinnan läheisten silanoliryhmien välillä vaikuttavat kilpailevasti adsorptioon. Lisäksi tutkittiin surfaktanttipitoisuuden ja öljyn vesipitoisuuden vaikutusta oleiinihapon ja monooleiinin adsorptioon ja aggregaatioon. Työssä havaittiin, että adsorboituneen monooleiinin ja oleiinihapon määrä kasvaa vähitellen surfaktanttipitoisuuden kasvaessa; monooleiini adsorboituu voimakkaammin verrattuna oleiinihappoon. Monooleiinin ja oleiinihapon muodostamien aggregaattien koko kasvaa surfaktanttipitoisuuden kasvaessa. Aggregaatit ovat filamenttimaisia ja erittäin dynaamisia ilman selkeästi suojattua hydrofiilistä ydintä. Veden lisäys surfaktantti-öljy seokseen toimii kilpailevana adsorbaattina, mutta johtaa myös surfaktanttien hydrofiilisten pääryhmien hydraatioon, mikä parantaa oleiinihapon adsorboitumista. Vaikka veden lisäys parantaa aluksi monooleiinin adsorboitumista, vaikutukset ovat näkyvämpiä aggregaatiossa; vesi edistää suurempien aggregaattien muodostumista sekä monooleiinille että öljyhapolle. fi
dc.format.extent 88 + 10
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.title Surfactant adsorption from triglyceride solvent: Effect of water and surfactant structure en
dc.title Veden ja surfaktantin rakenteen vaikutus adsorptioon triglyseridiliuottimesta fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö fi
dc.contributor.school Kemian tekniikan korkeakoulu fi
dc.subject.keyword surface adsorption en
dc.subject.keyword aggregation en
dc.subject.keyword vegetable oil en
dc.subject.keyword molecular dynamics en
dc.subject.keyword CHARMM force field en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201812146528
dc.programme.major Biosystems and Biomaterials Engineering fi
dc.programme.mcode CHEM3028 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Laasonen, Kari
dc.programme Master’s Programme in Life Science Technologies fi
dc.location PK fi
local.aalto.electroniconly yes
local.aalto.openaccess yes


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

Statistics