Diese Studie wurde finanziell von der MH21 Research Consortium für Methanhydrat Ressourcen in Japan und der National Methanhydratförderung Programm durch das Ministerium für Wirtschaft, Handel und Industrie unterstützt. Die Autoren möchten T. Maekawa und S. Goto für die Unterstützung bei den Experimenten zu danken. Abgedruckt Zahlen mit freundlicher Genehmigung von (Muraoka, M., Susuki, N., Yamaguchi, H., Tsuji, T., Yamamoto, Y., Energy Fuels, 29 (3), 2015, 1345-1351, 2015, DOI.: 10.1021 / ef502350n). Copyright (2015) American Chemical Society.

Hinweis: Bitte konsultieren Sie alle relevanten Sicherheitsdatenblätter wie diese Studie Hochdruck brennbare Methangas und einen großen Hochdruckbehälter verwendet. Tragen Sie einen Helm, Schutzbrille und Sicherheitsschuhe. Wenn die Temperatur-Steuersystem aufhört, steigt der Druck in dem Gefäß mit MH Dissoziation. Um Unfälle zu vermeiden, ist die Verwendung eines Sicherheitsventilsystem dringend empfohlen, zur Freigabe automatisch das Methangas in die Atmosphäre. Das Sicherheitsventil-System kann ohne Stromversorgung arbeiten. 1. Herstellung der Sand-Wasser-Methan - Gasproben 9 <ol><li> Platzieren Sie den Hochdruckbehälter auf dem Rütteltisch. </li><li> Gießen Sie 1,5 l reines Wasser in einer Flasche Wasser und 4000 g Quarzsand in einer Sandflasche. Genau zu wiegen, die Massen von Sand und Wasser in den Sand und Wasserflaschen sind. </li><li> Gießen Sie 1 Liter reines Wasser in den Hochdruckbehälter mit einem Innenvolumen von 2110 cm 3 aus einer Wasserflaschebis das Wasser füllt die Hälfte des Innenbehälters. </li><li> Schalten Sie den Rütteltisch der gesamte Behälter vibriert. Stellen Sie die Schwingungsfrequenz und die Stromversorgung zu 50 Hz und 220 W. Tragen Sie die Schwingung bis zum Abschluss der Stufe 1.5. Entfernen Sie die Restluft in der Ablaufleitung und Sintermetallfilter am Boden des Behälters durch den Behälter vibriert. </li><li> Pour 3.300 g Quarzsand aus einer Sandflasche in das Gefäß mit einer konstanten Rate von etwa 1 g sec -1 unter Verwendung eines Trichters gehalten in der Nähe der Wasseroberfläche , während der gesamte Behälter in Schwingungen versetzt wird einheitliche Packung zu gewährleisten. </li><li> Stoppen Sie die Vibration, wenn das Wasser den Rand des Behälters erreicht. </li><li> Platzieren einen Ring als temporäre Wand auf den Rand des Gefäßes zu verhindern, dass Wasser zu verschütten. </li><li> Vibrieren des Gefäßes wieder bei 50 Hz und 220 W. </li><li> Wenn der Sand den Rand des Gefäßes (Höhe 140 mm) erreicht, schaltet sich die Schwingung aus. </li><li> Entfernen Sie die temporäre Wand und Porenwasserüber mit the Ablaufleitung. Gießen Sie das überschüssige Porenwasser in die Wasserflasche. </li><li> Verpacken Sie den Sand durch das Schiff einmal vibriert oder zweimal bei 50 Hz und 300 W für 1 Sekunde und mehr Sand hinzufügen, wenn nötig. </li><li> Wiegen Sie die Massen von Sand und Wasser in den Sand und Wasserflaschen. Berechnen Sie die Sand und Wassermassen in den Behälter aus den Massendifferenzen in den Sand und Wasserflaschen. In diesem Experiment wurden die Massen von Sand und Wasser in das Gefäß 3.385 g und 823,6 g, respectively. Die Masse des Wassers in dem Gefäß ist als w insgesamt bezeichnet. </li><li> Decken Sie den Hochdruckbehälter mit einem Edelstahldeckel und ziehen Sie die Schrauben von diagonal gegenüberliegenden Paaren in Folge. </li><li> Bewegen Sie den Hochdruckbehälter vom Rütteltisch auf die Tabelle für das Experiment bestimmt. </li><li> Decken Sie den Hochdruckbehälter mit dem Wärmeisolator, um die Temperatur zu steuern. </li><li> Verbinden die Hochdruckleitungen und die Kühlwasserströmungsleitungen mit dem Hochdruckbehälter. </li&gt; <li> Öffnen die Ventile der Eingangs- und Ausgangsgasleitungen. Belüften 10 L Methan mit einer Geschwindigkeit von 800 ml min -1 bis keine überschüssige Wassereinleitungen in die Falle unter Atmosphärendruck. Der Sand Entladung wird durch einen Sintermetallfilter befestigt auf dem Boden des Gefäßes verhindert. Das restliche Wasser bleibt auf der Sandoberfläche, weil die hydrophile Quarzsand die Wassermoleküle adsorbiert. </li><li> Wiegen Sie die Masse des Wassers in der Falle, w trap, das Gasvolumen in dem Behälter zu bestimmen. Bestimmen Sie die Masse an Restwasser, w res, in dem Gefäß unter Verwendung der Gleichung w res = w total - w Falle. In diesem Fall war w res und w trap 360,6 g und 463,0 g, respectively. </li><li> Bestimmen Sie die Probe Porosität unter Verwendung der Formel Ѱ = 1 - V Sand / V - Zelle, wobei V Sand das Volumen von ter Sand durch das Verhältnis der Sandmasse zur Sanddichte bestimmt (dh ρ s = 2630 kg m -3) und V Zelle ist das innere Volumen des Behälters. Die Porosität Ѱ der Probe betrug 0,39. </li><li> Schließen Sie das Ventil der Ausgangsgasleitung. Injizieren Methan der Porendruck des Methans in dem Gefäß auf etwa 12,1 MPa bei Raumtemperatur zu erhöhen (dh 31,6 ° C). </li><li> Schließen Sie das Ventil der Eingangsgasleitung. </li><li> Beginnen, den Druck und die Temperatur in dem Behälter während des Experimentes Aufzeichnen der Datenlogger verwendet. Die Datenerfassungsintervall beträgt 5 Sekunden. Die gesamte Versuchsdauer beträgt ca. 3.000 min. </li></ol> 2. MH Synthese und Bewertung &quot;Thermische Eigenschaften der unterkühlten Probe 9 <ol><li> Schalten Sie den Kühler zum Kühlen des Gefäßes von Raumtemperatur auf 2,0 ° C durch das Kühlmittel zirkuliert. Lassen Sie das Kühlmittel zirkulieren vom Kühler to den Boden des Behälters, von dort auf den Deckel des Behälters und schließlich zurück in die Kältemaschine. Die Temperaturänderungsrate in dem Behälter betrug etwa 0.001 ° C s -1. </li><li> Legen Sie die Messparameter über das TPS-Analyzer-Software. Stellen Sie den Sensortyp Design # 7577 zum Sensor. Eingestellt , die Ausgangsleistung W 0 bis 30 mW und die Messzeit auf 5 sec. Beachten Sie, dass die entsprechenden Parameter geändert werden sollte, wenn der Sensortyp oder Probenbedingungen ändern. Die Parameter der Temperatur von 1 ° C bis 1,5 ° C zu erhöhen. </li><li> Berechnen der Unterkühlungsgrad &amp; Delta; T sup, mit der folgenden Gleichung: AT sup = T eq (P) - T. (3) T eq (P) ist die Gleichgewichtstemperatur von MH als Funktion des Drucks P. T eq (P) berechnet unter Verwendung der CSMGem Software 1.0; P und T der Druck und die Temperatur in dem Gefäß unter Verwendung von Druck- und Temperaturmessgeräte gemessen. </li><li> Gleichzeitig messen die Wärmeleitfähigkeit, Wärmeleitzahl und volumetrische spezifische Wärme mit der TPS - Analysator nach &amp; Delta; T sup größer als 2 ° C ist. </li><li> Schalten Sie die TPS-Sonde mit dem thermischen Eigenschaften Analysator nach jeder Messung. Schalten Sie die Kabel zwischen den TPS - Sonden und den Analysator manuell während des Experiments 9. Der Anschlussplan ist in Abbildung S2 in Bezug auf 9 gezeigt. Die Schaltfolge für jeden Sensor nicht. 6 → 2 → 7 → 5 → 1 → 9 → 4 → 3 → 8 → 6 .... Die Sequenz ist von dem Abstand zwischen den Sensoren basieren, die so weit wie möglich eingestellt wird, um die Restwärme zu beeinträchtigen, die Messungen zu verhindern. Daten sammeln alle 3-5 min. </li><li> Wiederholen Sie die Messungen bis &amp; #916; T sup erreicht 2 ° C erneut. In diesem Experiment sup Δ T steigt zunächst mit der Zeit. Nach &amp; Delta; T sup den Maximalwert erreicht, nimmt &amp; Delta; T sup allmählich auf 0 ° C , da der Druck unter Bildung von MH abnimmt. Überprüfen Sie, ob AT sup von mehr als 2 ° C vor den TPS - Messungen ist Gleichung 3. </li><li> Stellen Sie sicher, dass das Temperaturprofil nicht durch MH Schmelz beeinflusst wird. Wenn MH während der Messungen schmilzt, steigt die Temperatur nicht, weil Schmelzen von MH eine endotherme Reaktion ist. Überprüfen Sie das Temperaturprofil während der Messungen und wird im Ergebnisteil diskutiert. </li><li> Führen Sie die Analyse der thermischen Eigenschaften für alle Temperaturprofildaten der TPS-Technik. </li></ol> 3. Berechnung der Sättigung Änderung der Probe 9,11 Hinweis:Der Sättigungsgrad für MH, Wasser und Gas in der Probe als Funktion der Zeit t wird die Zustandsgleichung des Gases berechnet. Die Berechnungsdetails und Gleichungen verwendet werden , zuvor beschriebenen 11. <ol><li> Berechnen Sie die Methangasvolumen V Gas, t zum Zeitpunkt t <img alt="Gleichung 4" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq4.jpg" /> wobei Q der anfängliche Volumen des Gases in dem Gefäß ist, V MH, t - 1 ist das Volumen des MH zum Zeitpunkt t - 1 ist , und R VHW ist das Volumenverhältnis von Wasser und MH. <img alt="Gleichung 5" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq5.jpg" /> In Gleichung 5 ist , n die Anzahl der Hydratisierung MH (~ 6), ρ und ρ MH Wasser entsprechen der Dichte von MH und Wasser sind, und w und w MH Wasser bezeichnen die Molekularmasse von MH und Wasser, respectively. </li><li> Berechne den Betrag &amp; Delta; M t (mol) von MH aus t gebildet - 1 bis t <img alt="Gleichung 6" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq6.jpg" /> wobei R die Gaskonstante ist, P der Druck des Methangas und Z t (T Gas, t, P Gas, t) ist der Kompressionskoeffizient von Methan zur Zeit t. Wir haben 9 und Sakamoto et al. 11 haben die Benedict-Webb-Rubin (BWR) Gleichung verwendet, wie von Lee und Kesler modifiziert, für die Berechnung der Z t 12, 13. Für diese Berechnung werden die Formeln (3-7,1) - 7 Referenz 13 - (3-7,4) der BWR Gleichung 13 und die Lee-Kesler Konstanten sind in den Tabellen 3 verwendet. </li><li> Berechnen Sie die Volumenänderung Δ V MH, <sub&gt; t von MH von t - 1 bis t <img alt="Gleichung 7" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq7.jpg" /> wobei P s der Bezugsdruck von 101325 Pa, T s ist , ist die Referenztemperatur von 273,15 K, Z s ist der Kompressionskoeffizient bei P s und T s (Z s ~ 1) und V CH4 ist das Verhältnis des Methangasvolumen in der Volumeneinheit MH [Nm 3 m -3]. Verwenden Sie einen V CH4 Wert von 165,99 [Nm 3 m -3]. </li><li> Berechnen des Volumens V MH, t von MH zum Zeitpunkt t <img alt="Gleichung 8" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq8.jpg" /></li><li> Berechne das Volumen des Wassers V Wasser, t in dem Druckbehälter zum Zeitpunkt t <img alt="Gleichung 9" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq9.jpg" /&gt; wobei V Wasser, 1 ist das Anfangsvolumen des Wassers. </li><li> Wiederholen Sie die Berechnungen unter Verwendung der Gleichungen. 4-9 zum Zeitpunkt t = 2, 3, ... die Änderung der Sättigung von Wasser, Methan und MH 11 zu bestimmen. Die Anfangsbedingung t = 1, dh, V Gas, 1 = Q. Die P und T zum Zeitpunkt t werden von den Datenprotokollen 9 entnommen. Die Berechnungsergebnisse werden in dem folgenden Abschnitt dargestellt. </li></ol>

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</ol>

The authors have nothing to disclose.

Die Wirkung der Bildung Wärme MH auf der Messung geschätzt. Die Bildung von Wärme MH wurde von Produkten Änderungsrate des S h geschätzt , wie in 3b und die Bildungsenthalpie H = 52,9 kJ mol -1 für MH 14 gezeigt. Infolgedessen wurde die maximale Temperaturänderung 0,00081 ° C s -1. Dies war viel niedriger als der Temperaturanstieg &amp; Dgr; T c des TPS - Sensor zwischen 1 ° C und 1,5 ° C während des Zeitinterva...

Gashydrate sind kristalline Verbindungen , die Käfigstrukturen von wasserstoffgebundenen Wassermoleküle umfassen enthält Gastmoleküle in den Käfig 1. Große Mengen an Methanhydrat (MHS) in den Meeresboden und Permafrostregionen sind interessante Zukunftsenergieressourcen , sondern globale Klimabedingungen 2 beeinflussen können. Im März 2013 führte die Japan Oil, Gas und Metals National Corporation die erste Offshore - Produktionstest der Welt Gas aus natürlichen MH haltigen Sedimenten im östlichen Nankai Trough mit dem &quot;Entspannungsmethode&quot; 3,4 zu extrahieren. Gashydrate können Gase wie Methan speichern 1 Wasserstoff 5, CO 2 1,6 und Ozon 7. Daher Methan und Wasserstoff Hydrate werden als potentielle Energiespeicher und Transportmedien untersucht. Die CO 2 -Emissionen in die Atmosphäre, CO 2 seques freigegeben zu reduzieren ,tration CO 2 Hydrate in Tiefseesedimenten verwendet haben 6 untersucht worden. Ozon wird zur Zeit in der Wasserreinigung und Lebensmittel Sterilisation verwendet. Studien von Ozon Konservierungstechnologie durchgeführt worden , weil sie chemisch instabil 7 ist. Die Ozonkonzentration in Hydrate ist viel höher als die in mit Ozon angereichertem Wasser oder Eis 7. Um die Gasproduktion aus natürlichen MH haltigen Sedimenten und Hydrat-basierte Technologien zu entwickeln, ist es zwingend notwendig, um die thermischen Eigenschaften von Gashydraten zu verstehen. Allerdings sind die thermischen Eigenschaften Daten und Modellstudien von Gashydrat haltigen Sedimenten knapp 8. Die &quot;Entspannungsmethode&quot; kann verwendet werden, MH im Sediment Porenraum zu trennen von der Porendruck unterhalb des Hydratstabilität abnimmt. Bei diesem Verfahren ändern sich die Sedimentporenraum-Komponenten aus dem Wasser und von MH zu Wasser, MH, und Gas. Die thermischen Eigenschaften &#39;Messungder letztgenannte Bedingung ist schwierig, weil die Schmelzwärme von MH die Messungen beeinflussen können. Um dieses Problem zu lösen, Muraoka et al. Geführt , um die Messung &quot;thermischen Eigenschaften bei unterkühlten Bedingungen während MH Bildung 9. Mit diesem Video-Protokoll erläutern wir die Messmethode unterkühlten synthetischen Sand-Wasser-Gas-MH Probe. Abbildung 1 zeigt den Versuchsaufbau für die thermischen Eigenschaften des künstlichen Methanhydrat tragenden Sediments gemessen wird . Der Aufbau ist der gleiche wie in Bezug auf 9 dargestellt ist . Das System umfasst im Wesentlichen einen Hochdruckbehälter, Druck- und Temperaturkontrolle und thermischen Eigenschaften des Messsystems. Der Hochdruckbehälter ist aus zylindrischen rostfreiem Stahl mit einem Innendurchmesser von 140 mm und einer Höhe von 140 mm zusammengesetzt ist; dessen Innenvolumen mit dem Totvolumen entfernt ist 2.110 cm 3, und seine Druckgrenze beträgt 15 MPa. Die transie<html> nt Ebene Quelle (TPS) Technik wird verwendet , 10 um die thermischen Eigenschaften zu messen. Neun TPS Sonden mit Einzelradien 2.001 mm sind im Inneren des Behälters angeordnet. Das Layout der neun Sonden 9 ist in Figur 2 in Bezug auf 9 dargestellt ist . Die TPS-Sonden sind mit den thermischen Eigenschaften &#39;Analysator mit einem Kabel und schaltet manuell während des Experiments. Die Einzelheiten des TPS - Sensor, Anschlussbild und Einrichtung im Behälter sind in den S1 gezeigt, 2 und 3 der unterstützenden Informationen in Bezug auf 9. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/53956/53956fig1.jpg" /> Abb . 1: Der Versuchsaufbau für die thermischen Eigenschaften des künstlichen Methanhydrat-Lager Sediment Messung Die Figur ist aus Referenz 9 geändert.3956fig1large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. Die TPS-Verfahren wurde verwendet, um die thermischen Eigenschaften jeder Probe zu messen. Die Verfahrensprinzipien sind in 10 beschrieben. In diesem Verfahren ist die zeitabhängige Temperaturanstieg &amp; Delta; T ave, <img alt="Gleichung 1" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq1.jpg" /> woher <img alt="Gleichung 2" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq2.jpg" /> In Gleichung 1, W 0 die Ausgangsleistung von dem Sensor ist, r der Radius der Sensorsonde, λ die thermische Leitfähigkeit der Probe, α das thermische Diffusionsvermögen ist, und t die Zeit vom Beginn der Stromversorgung an die Sensorsonde. D (τ) ist eine dimensionslose zeitabhängige Funktion. τ </em&gt; durch (&amp; agr; t / r) 1/2 gegeben. In Gleichung 2, m ist die Anzahl der konzentrischen Ringe der Sonde TPS und I 0 ist eine modifizierte Bessel - Funktion. Die Wärmeleitfähigkeit, Temperaturleitfähigkeit und die spezifische Wärme der Probe gleichzeitig durch Inversion Analyse auf die Temperaturerhöhung angewandt bestimmt als Kraft auf die Sensorsonde zugeführt wird.

<table><tbody><tr><td>TPS thermal probe, Hot disk sensor</td><td>Hot Disk AB Co., Sweden</td><td>#7577</td><td>Kapton sensor type, sensor radius 2.001 mm</td></tr><tr><td>Hot disk thermal properties analyzer</td><td>Hot Disk AB Co., Sweden</td><td>TPS 2500&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Toyoura standard silica sand</td><td>Toyoura Keiseki Kogyo Co., Ltd., Japan</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Methane gas, 99.9999%</td><td>Tokyo Gas Chemicals Co., Ltd., Japan</td><td>N/A</td><td>Grade 6&amp;nbsp;N, Volume 47&amp;nbsp;L, Charging pressure 14.7&amp;nbsp;MPa</td></tr><tr><td>Water Purification System, Elix Advantage 3</td><td>Merck Millipore., U.S.</td><td>N/A</td><td>5 M&amp;Omega; cm (at 25&amp;nbsp;&amp;deg;C) resistivity</td></tr><tr><td>Vibrating table, Vivratory packer</td><td>Sinfonia Technology Co. Ltd., Japan</td><td>VGP-60</td><td></td></tr><tr><td>Chiller, Thermostatic Bath Circulator&amp;nbsp;</td><td>THOMAS KAGAKU Co., Ltd., Japan</td><td>TRL-40SP</td><td></td></tr><tr><td>Coorant, Aurora brine</td><td>Tokyo Fine Chemical Co.,Ltd., Japan</td><td>N/A</td><td>ethylene glycol 71&amp;nbsp;wt%</td></tr><tr><td>Temparature gage</td><td>Nitto Kouatsu., Japan</td><td>N/A</td><td>Pt 100, sheath-type platinum resistance temperature detector</td></tr><tr><td>Pressure gage</td><td>Kyowa Electronic Instruments., Japan</td><td>PG-200 KU</td><td></td></tr><tr><td>Data logger</td><td>KEYENCE., Japan</td><td>NR-500</td><td></td></tr><tr><td>Mass flow controller</td><td>OVAL Co., Japan</td><td>F-221S-A-11-11A</td><td>Maximum flow 2,000&amp;nbsp;N&amp;nbsp;ml&amp;#8288;/&amp;#8288;M, maximum design pressure 19.6&amp;nbsp;MPa</td></tr></tbody></table>

protocol for measuring the thermal properties of a supercooled synthetic sand-water-gas-methane hydrate sample

Methane hydrates (MHs) are present in large amounts in the ocean floor and permafrost regions. Methane and hydrogen hydrates are being studied as future energy resources and energy storage media. To develop a method for gas production from natural MH-bearing sediments and hydrate-based technologies, it is imperative to understand the thermal properties of gas hydrates.
The thermal properties' measurements of samples comprising sand, water, methane, and MH are difficult because the melting heat of MH may affect the measurements. To solve this problem, we performed thermal properties' measurements at supercooled conditions during MH formation. The measurement protocol, calculation method of the saturation change, and tips for thermal constants' analysis of the sample using transient plane source techniques are described here.
The effect of the formation heat of MH on measurement is very small because the gas hydrate formation rate is very slow. This measurement method can be applied to the thermal properties of the gas hydrate-water-guest gas system, which contains hydrogen, CO2, and ozone hydrates, because the characteristic low formation rate of gas hydrate is not unique to MH. The key point of this method is the low rate of phase transition of the target material. Hence, this method may be applied to other materials having low phase-transition rates.

Figur 2a zeigt das Temperaturprofil , das nicht von MH Schmelz beeinflusst wird. &amp; Dgr; T c ist die Temperaturänderung aufgrund der thermischen Konstanten &quot;Messung. 2b das Temperaturprofil zeigt , das von MH Schmelz beeinflusst wird. Das Profil in Figur 2b nicht durch Gleichungen 1 und 2 untersucht werden , da diese Gleichungen unter der Annahme , stabile Probenbedingungen abgeleitet werden. <p class="jo...

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Protocol for Measuring the Thermal Properties of a Supercooled Synthetic Sand-water-gas-methane Hydrate Sample

We present a protocol for measuring the thermal properties of synthetic hydrate-bearing sediment samples comprising sand, water, methane, and methane hydrate.

Protokoll zur Messung der thermischen Eigenschaften einer unterkühlten Synthetic Sand-Wasser-Gas-Methanhydrat Probe

Methane hydrates (MHs) are present in large amounts in the ocean floor and permafrost regions. Methane and hydrogen hydrates are being studied as future ...

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Metal-silicate Partitioning at High Pressure and Temperature: Experimental Methods and a Protocol to Suppress Highly Siderophile Element Inclusions

Estimates of the primitive upper mantle (PUM) composition reveal a depletion in many of the siderophile (iron-loving) elements, thought to result from their extraction to the core during terrestrial accretion. Experiments to investigate the partitioning of these elements between metal and silicate melts suggest that the PUM composition is best matched if metal-silicate equilibrium occurred at high pressures and temperatures, in a deep magma ocean environment. The behavior of the most highly siderophile elements (HSEs) during this process however, has remained enigmatic. Silicate run-products from HSE solubility experiments are commonly contaminated by dispersed metal inclusions that hinder the measurement of element concentrations in the melt. The resulting uncertainty over the true solubility and metal-silicate partitioning of these elements has made it difficult to predict their expected depletion in PUM. Recently, several studies have employed changes to the experimental design used for high pressure and temperature solubility experiments in order to suppress the formation of metal inclusions. The addition of Au (Re, Os, Ir, Ru experiments) or elemental Si (Pt experiments) to the sample acts to alter either the geometry or rate of sample reduction respectively, in order to avoid transient metal oversaturation of the silicate melt. This contribution outlines procedures for using the piston-cylinder and multi-anvil apparatus to conduct solubility and metal-silicate partitioning experiments respectively. A protocol is also described for the synthesis of uncontaminated run-products from HSE solubility experiments in which the oxygen fugacity is similar to that during terrestrial core-formation. Time-resolved LA-ICP-MS spectra are presented as evidence for the absence of metal-inclusions in run-products from earlier studies, and also confirm that the technique may be extended to investigate Ru. Examples are also given of how these data may be applied.

We present a procedure to determine the metal-silicate partitioning of siderophile elements, emphasizing techniques that suppress the formation of metal inclusions in experiments for the noble metals. The results of these experiments are used to demonstrate the effect of core-formation on the highly siderophile element composition of the mantle.

Metall-Silikat-Partitionierung unter hohem Druck und Temperatur: Experimentelle Verfahren und ein Protokoll zum Unterdrücken von Hoch siderophile Element Einschlüsse

Estimates of the primitive upper mantle (PUM) composition reveal a depletion in many of the siderophile (iron-loving) elements, thought to result from ...

Forschung

Chemie

Thermal Scanning Conductometry (TSC) as a General Method for Studying and Controlling the Phase Behavior of Conductive Physical Gels

The thermal scanning conductometry protocol is a new approach in studying ionic gels based on low molecular weight gelators. The method is designed to follow the dynamically changing state of the ionogels, and to deliver more information and details about the subtle change of conductive properties with an increase or decrease in the temperature. Moreover, the method allows the performance of long term (i.e. days, weeks) measurements at a constant temperature to investigate the stability and durability of the system and the aging effects. The main advantage of the TSC method over classical conductometry is the ability to perform measurements during the gelation process, which was impossible with the classical method due to temperature stabilization, which usually takes a long time before the individual measurement. It is a well-known fact that to obtain the physical gel phase, the cooling stage must be fast; moreover, depending on the cooling rate, different microstructures can be achieved. The TSC method can be performed with any cooling/heating rate that can be assured by the external temperature system. In our case, we can achieve linear temperature change rates between 0.1 and approximately 10 &#176;C/min. The thermal scanning conductometry is designed to work in cycles, continuously changing between heating and cooling stages. Such an approach allows study of the reproducibility of the thermally reversible gel-sol phase transition. Moreover, it allows the performance of different experimental protocols on the same sample, which can be refreshed to initial state (if necessary) without removal from the measuring cell. Therefore, the measurements can be performed faster, in a more efficient way, and with much higher reproducibility and accuracy. Additionally, the TSC method can be also used as a tool to manufacture the ionogels with targeted properties, like microstructure, with an instant characterization of conductive properties.

Thermal Scanning Conductometry TSC as a General Method for Studying and Controlling the Phase Behavior of Conductive Physical Gels

The kinetics of the cooling process defines the properties of ionic gels based on low molecular weight gelators. This manuscript describes the usage of thermal scanning conductometry (TSC), which obtains full control over the gelation process, along with in situ measurements of the samples' temperature and conductivity.

Thermische Conductometry (TSC) scannen, als eine allgemeine Methode für die Untersuchung und Kontrolle das Phasenverhalten von leitfähigen körperlichen Gele

The thermal scanning conductometry protocol is a new approach in studying ionic gels based on low molecular weight gelators. The method is designed to ...

Umwelt

Experimental Study of the Relationship Between Particle Size and Methane Sorption Capacity in Shale

The amount of adsorbed shale gas is a key parameter used in shale gas resource evaluation and target area selection, and it is also an important standard for evaluating the mining value of shale gas. Currently, studies on the correlation between particle size and methane adsorption are controversial. In this study, an isothermal adsorption apparatus, the gravimetric sorption analyzer, is used to test the adsorption capacity of different particle sizes in shale to determine the relationship between the particle size and the adsorption capacity of shale. Thegravimetric method requires fewer parameters and produces better results in terms of accuracy and consistency than methods like the volumetric method. Gravimetric measurements are performed in four steps: a blank measurement, preprocessing, a buoyancy measurement, and adsorption and desorption measurements. Gravimetric measurement is presently considered to be a more scientific and accurate method of measuring the amount of adsorption; however, it is time-consuming and requires a strict measuring technique. A Magnetic Suspension Balance (MSB) is the key to verify the accuracy and consistency of this method. Our results show that adsorption capacity and particle size are correlated, but not a linear correlation, and the adsorptions in particles sieved into 40 - 60 and 60 - 80 meshes tend to be larger. We propose that the maximum adsorption corresponding to the particle size is approximately 250 &#181;m (60 mesh) in the shale gas fracturing.

We use an isothermal adsorption apparatus, the gravimetric sorption analyzer, to test the adsorption capacity of different particle sizes of shale, in order to find out the relationship between particle size and the adsorption capacity of shale.

Experimentelle Studie über den Zusammenhang zwischen Korngröße und Methan Sorption Kapazität in Schiefer

The amount of adsorbed shale gas is a key parameter used in shale gas resource evaluation and target area selection, and it is also an important standard ...

An Experimental Protocol for Studying Mineral Effects on Organic Hydrothermal Transformations

Organic-mineral interactions are widely occurring in hydrothermal environments, such as hot springs, geysers on land, and the hydrothermal vents in the deep ocean. Roles of minerals are critical in many hydrothermal organic geochemical processes. Traditional hydrothermal methodology, which includes using reactors made of gold, titanium, platinum, or stainless-steel, is usually associated with the high cost or undesired metal catalytic effects. Recently, there is a growing tendency for using the cost-effective and inert quartz or fused silica glass tubes in hydrothermal experiments. Here, we provide a protocol for carrying out organic-mineral hydrothermal experiments in silica tubes, and we describe the essential steps in the sample preparation, experimental setup, products separation, and quantitative analysis. We also demonstrate an experiment using a model organic compound, nitrobenzene, to show the effect of an iron-containing mineral, magnetite, on its degradation under a specific hydrothermal condition. This technique can be applied to study complex organic-mineral hydrothermal interactions in a relatively simple laboratory system.

Earth-abundant minerals play important roles in the natural hydrothermal systems. Here, we describe a reliable and cost-effective method for the experimental investigation of organic-mineral interactions under hydrothermal conditions.

Ein experimentelles Protokoll für die Untersuchung von mineralischen Auswirkungen auf organische hydrothermalen Transformationen

Organic-mineral interactions are widely occurring in hydrothermal environments, such as hot springs, geysers on land, and the hydrothermal vents in the ...

Methane Hydrate Crystallization on Sessile Water Droplets

This paper describes a method to form methane hydrate shells on water droplets. In addition, it provides blueprints for a pressure cell rated to 10 MPa working pressure, containing a stage for sessile droplets, a sapphire window for visualization, and temperature and pressure transducers. A pressure pump connected to a methane gas cylinder is used to pressurize the cell to 5 MPa. The cooling system is a 10 gallon (37.85 L) tank containing a 50% ethanol solution cooled via ethylene glycol through copper coils. This setup enables the observation of the temperature change associated with hydrate formation and dissociation during cooling and depressurization, respectively, as well as visualization and photography of the morphologic changes of the droplet. With this method, rapid hydrate shell formation was observed at ~-6 &#176;C to -9 &#176;C. During depressurization, a 0.2 &#176;C to 0.5 &#176;C temperature drop was observed at the pressure/temperature (P/T) stability curve due to exothermic hydrate dissociation, confirmed by visual observation of melting at the start of the temperature drop. The "memory effect" was observed after repressurizing to 5 MPa from 2 MPa. This experimental design allows the monitoring of pressure, temperature, and morphology of the droplet over time, making this a suitable method for testing various additives and substrates on hydrate morphology.

We describe a method to form gas hydrate on sessile water droplets to study the effects of various inhibitors, promoters, and substrates on the hydrate crystal morphology.

Methanhydratkristallisation auf sessilen Wassertröpfchen

This paper describes a method to form methane hydrate shells on water droplets. In addition, it provides blueprints for a pressure cell rated to 10 MPa ...

Surface Properties of Synthesized Nanoporous Carbon and Silica Matrices

In this work, we report the synthesis and characterization of ordered nanoporous carbon material (also called ordered mesoporous carbon material [OMC]) with a 4.6 nm pore size, and ordered silica porous matrix, SBA-15, with a 5.3 nm pore size. This work describes the surface properties of nanoporous molecular sieves, their wettability, and the melting behavior of D2O confined in the differently ordered porous materials with similar pore sizes. For this purpose, OMC and SBA-15 with highly ordered nanoporous structures are synthesized via impregnation of the silica matrix by applying a carbon precursor and by the sol-gel method, respectively. The porous structure of investigated systems is characterized by an N2 adsorption-desorption analysis at 77 K. To determine the electrochemical character of the surface of synthesized materials, potentiometric titration measurements are conducted; the obtained results for OMC shows a significant pHpzc shift toward the higher values of pH, relative to SBA-15. This suggests that investigated OMC has surface properties related to oxygen-based functional groups. To describe the surface properties of the materials, the contact angles of liquids penetrating the studied porous beds are also determined. The capillary rise method has confirmed the increased wettability of the silica walls relative to the carbon walls and an influence of the pore roughness on the fluid/wall interactions, which is much more pronounced for silica than for carbon mesopores. We have also studied the melting behavior of D2O confined in OMC and SBA-15 by applying the dielectric method. The results show that the depression of the melting temperature of D2O in the pores of OMC is about 15 K higher relative to the depression of the melting temperature in SBA-15 pores with a comparable 5 nm size. This is caused by the influence of adsorbate/adsorbent interactions of the studied matrices.

Here we report the synthesis and characterization of ordered nanoporous carbon (with a 4.6 nm pore size) and SBA-15 (with a 5.3 nm pore size). The work describes the surface and textural properties of nanoporous molecular sieves, their wettability, and the melting behavior of D2O confined in the materials.

Oberflächeneigenschaften von synthetisierten nanoporöse Carbon und Silica-Matrizen

In this work, we report the synthesis and characterization of ordered nanoporous carbon material (also called ordered mesoporous carbon material [OMC]) ...

Studying Surfactant Effects on Hydrate Crystallization at Oil-Water Interfaces Using a Low-Cost Integrated Modular Peltier Device

We introduce an approach to study the formation and growth of hydrates under the influence of nonionic surfactants. The experimental system includes a temperature regulator, visualization techniques, and inner pressure measurements. The temperature control system contains a low-cost, programmable temperature regulator made with solid-state Peltier components. Along with the temperature control system, we incorporated visualization techniques and internal pressure measurements to study hydrate formation and inhibition in the presence of nonionic surfactants. We studied the hydrate-inhibiting ability of nonionic surfactants (sorbitane monolaurate, sorbitane monooleate, PEG-PPG-PEG, and polyoxyethylenesorbitan tristearate) at low (i.e., 0.1 CMC), medium (i.e., CMC), and high (i.e., 10 CMC) concentrations. Two types of crystals were formed: planar and conical. Planar crystals were formed in plain water and low surfactant concentrations. Conical crystals were formed in high surfactant concentrations. The results of the study show that conical crystals are the most effective in terms of hydrate inhibition. Because conical crystals cannot grow past a certain size, the hydrate growth rate as a conical crystal is slower than the hydrate growth rate as planar crystal. Hence, surfactants that force hydrates to form conical crystals are the most efficient. The goal of the protocol is to provide a detailed description of an experimental system that is capable of investigating the cyclopentane hydrate crystallization process on the surface of a water droplet in the presence of surfactant molecules.

We present a protocol to study the formation of hydrates in the presence of nonionic surfactants on the interface of a water droplet submerged in cyclopentane. The protocol consists of building a low-cost, programmable, temperature regulator. The temperature control system is combined with visualization techniques and internal pressure measurements.

Untersuchung der Tensideffekte auf die Hydratkristallisation an Öl-Wasser-Schnittstellen mit einem kostengünstigen integrierten modularen Peltier-Gerät

We introduce an approach to study the formation and growth of hydrates under the influence of nonionic surfactants. The experimental system includes a ...

Measuring Electrical Conductivity to Study the Formation of Brines Under Martian Conditions

This paper describes a protocol to design experiments to study the formation of brines under Martian conditions and monitor the process with electrical conductivity measurements. We used the Engineering Qualification Model (EQM) of Habitability: Brines, Irradiation, and Temperature (HABIT)/ExoMars 2022 instrument for the experiment setup but we provide a brief account of constructing a simple and inexpensive electrical conductivity measurement setup. The protocol serves to calibrate the electrical conductivity measurements of the salt deliquescence into brine in a simulated Martian environment. The Martian conditions of temperature (-70 &#176;C to 20 &#176;C), relative humidity (0% to 100%) and pressure (7 - 8 mbar) with carbon-dioxide atmosphere were simulated in the SpaceQ Mars simulation chamber, a facility at the Lule&#229; University of Technology, Sweden. The hydrate form of the known amount of salt accommodated between a pair of electrodes and thus the electrical conductivity measured depends predominantly on its water content and the temperature and relative humidity of the system. Electrical conductivity measurements were carried out at 1 Hz while exposing salts to a continuously increasing relative humidity (to force transitioning through various hydrates) at different Martian temperatures. For demonstration, a day-night cycle at Oxia Planum, Mars (the landing site of ExoMars 2022 mission) was recreated.

<meta charset="utf8"></head><body>Messung der elektrischen Leitfähigkeit zur Untersuchung der Bildung von Solen unter Marsbedingungen

The objective of the protocol is to monitor the hydration of salts and the brine formation process. Electrical conductivity is used as the measurement technique. The experiments are performed in a simulated Martian environment of temperature, relative humidity and carbon-dioxide atmosphere.

Messung der elektrischen Leitfähigkeit zur Untersuchung der Bildung von Solen unter Marsbedingungen

This paper describes a protocol to design experiments to study the formation of brines under Martian conditions and monitor the process with electrical ...

A Microfluidic Approach for the Study of Ice and Clathrate Hydrate Crystallization

An accurate mechanistic description of water crystallization is challenging and requires a few key elements: superb temperature control to allow the formation of single microscopic crystals and a suitable microscopy system coupled to the cold stage. The method described herein adds another important feature that includes exchanging solutions around ice and clathrate hydrate crystals. The described system comprises a combination of unique and home-developed instruments, including microfluidics, high-resolution cold stages, and fluorescence microscopy. The cold stage was designed for microfluidic devices and allows for the formation of micron-sized ice/hydrate crystals inside microfluidic channels and the exchange of solutions around them. The temperature resolution and stability of the cold stage is one millikelvin, which is crucial for controlling the growth of these small crystals. This diverse system is used to study the different processes of ice and hydrate crystallization and the mechanism by which the growth of these crystals is inhibited. The protocol describes how to prepare microfluidic devices, how to grow and control microscopic crystals in the microfluidic channels, and how the utilization of the flow of liquids around ice/hydrate crystals affords new insights into the crystallization of water.

The present protocol describes the crystallization of microscopic ice crystals and clathrate hydrates in microfluidic devices, enabling liquid exchange around the formed crystals. This provides unparalleled possibilities to examine the crystallization process and binding mechanisms of the inhibitors.

Ein mikrofluidischer Ansatz zur Untersuchung der Eis- und Clathrathydratkristallisation

An accurate mechanistic description of water crystallization is challenging and requires a few key elements: superb temperature control to allow the ...

Protokoll zur Messung der thermischen Eigenschaften einer unterkühlten Synthetic Sand-Wasser-Gas-Methanhydrat Probe

Zusammenfassung

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