Questo studio è stato sostenuto finanziariamente dal Consorzio di Ricerca MH21 per idrato di metano risorse in Giappone e il Programma Nazionale idrato di metano sfruttamento da parte del Ministero dell&#39;Economia, del Commercio e dell&#39;Industria. Gli autori desiderano ringraziare T. Maekawa e S. Goto per la loro assistenza con gli esperimenti. figure riprodotte con l&#39;autorizzazione da (Muraoka, M., Susuki, N., Yamaguchi, H., Tsuji, T., Yamamoto, Y., combustibili energetici, 29 (3), 2015, 1345-1351, 2015, DOI.: 10.1021 / ef502350n). Copyright (2015) American Chemical Society.

Nota: Si prega di consultare tutte le relative schede di sicurezza dei materiali in quanto questo studio utilizza alta pressione infiammabile gas metano e un grande recipiente ad alta pressione. Indossare un casco, occhiali di sicurezza e scarpe di sicurezza. Se il sistema di controllo della temperatura cessa, la pressione nel serbatoio aumenta con MH dissociazione. Per evitare incidenti, l&#39;uso di un sistema di valvola di sicurezza è fortemente raccomandato per rilasciare automaticamente il gas metano in atmosfera. Il sistema di valvola di sicurezza può funzionare senza alimentazione elettrica. 1. Preparazione della sabbia-acqua-metano campioni di gas 9 <ol><li> Posizionare il recipiente ad alta pressione sulla tavola vibrante. </li><li> Versare 1,5 L di acqua pura in una bottiglia di acqua e 4,000 g di sabbia silicea in una bottiglia di sabbia. Pesare le masse di sabbia e acqua nelle bottiglie sabbia e acqua rispettivamente. </li><li> Versare 1 L di acqua pura nel recipiente ad alta pressione con un volume interno di 2110 centimetri 3 da una bottiglia di acquafino a quando l&#39;acqua riempie la metà del recipiente interno. </li><li> Accendere il tavolo vibrante vibrare l&#39;intero vaso. Impostare la velocità di vibrazione e l&#39;alimentazione a 50 Hz e 220 W, rispettivamente. Applicare la vibrazione fino al completamento della fase 1.5. Rimuovere l&#39;aria residua nella linea di scarico e filtro metallico sinterizzato sul fondo del recipiente facendo vibrare la nave. </li><li> Versare 3,300 g sabbia silicea da una bottiglia di sabbia nel recipiente ad una velocità costante di circa 1 g sec -1 usando un imbuto tenuto vicino alla superficie dell&#39;acqua, mentre l&#39;intero vaso è vibrato per assicurare imballaggio uniforme. </li><li> Arrestare la vibrazione quando l&#39;acqua raggiunge il bordo del recipiente. </li><li> Collocare un anello come un muro temporaneo sul bordo del recipiente per evitare che l&#39;acqua fuoriuscita. </li><li> Vibrazione della nave di nuovo a 50 Hz e 220 W. </li><li> Quando la sabbia raggiunge il bordo del recipiente (Altezza 140 mm), disattivare la vibrazione. </li><li> Rimuovere la parete temporanea e l&#39;acqua in eccesso con pori °linea di scarico e. Versare la parte posteriore acqua interstiziale in eccesso nella bottiglia d&#39;acqua. </li><li> Imballare la sabbia facendo vibrare la nave una o due volte a 50 Hz e 300 W per 1 sec e aggiungere più sabbia, se necessario. </li><li> Pesare le masse di sabbia e acqua nelle bottiglie sabbia e acqua. Calcolare le masse sabbia e acqua nel recipiente dalle differenze di massa nelle bottiglie sabbia e acqua. In questo esperimento, le masse di sabbia e acqua nel serbatoio erano 3.385 g e 823,6 g, rispettivamente. La massa d&#39;acqua nel serbatoio è indicata come w totale. </li><li> Coprire il recipiente ad alta pressione con un coperchio in acciaio inox e stringere i bulloni di coppie diagonalmente opposti in sequenza. </li><li> Spostare il recipiente ad alta pressione dalla tavola vibrante alla tabella destinata per l&#39;esperimento. </li><li> Coprire il recipiente ad alta pressione con l&#39;isolante termico per il controllo della temperatura. </li><li> Collegare le tubazioni ad alta pressione e le linee di flusso di raffreddamento dell&#39;acqua al serbatoio ad alta pressione. </li&gt; <li> Aprire le valvole delle tubazioni di ingresso e uscita gas. Ventilare 10 L metano ad una velocità di 800 ml min -1 fino presenti scarichi acqua in eccesso nella trappola a pressione atmosferica. Lo scarico sabbia viene impedito da un filtro metallico sinterizzato fissato sul fondo del recipiente. L&#39;acqua residua rimane sulla superficie della sabbia perché la sabbia silicea idrofila adsorbe le molecole d&#39;acqua. </li><li> Pesare la massa d&#39;acqua nella trappola, w trappola, per determinare il volume di gas nel recipiente. Determinare la massa di acqua residua, res w, nel vaso utilizzando l&#39;equazione w res = w totale - w trappola. In questo caso, res W e trappola w era 360,6 ge 463,0 g, rispettivamente. </li><li> Determinare la porosità del campione usando la formula Ѱ = 1 - cella V sabbia / V, dove V sabbia è il volume di tegli sabbia determinata dal rapporto della massa sabbia per densità di sabbia (cioè, ρ s = 2,630 kg m -3), e la cella V è il volume interno del recipiente. Il Ѱ porosità del campione era 0,39. </li><li> Chiudere la valvola della linea del gas di uscita. Iniettare metano per aumentare la pressione dei pori di metano nel recipiente a circa 12,1 MPa a temperatura ambiente (cioè, 31.6 ° C). </li><li> Chiudere la valvola della linea del gas in ingresso. </li><li> Avviare la registrazione della pressione e della temperatura nel recipiente durante l&#39;esperimento utilizzando il registratore di dati. L&#39;intervallo di campionamento dei dati è di 5 sec. Il tempo sperimentale totale è di circa 3.000 min. </li></ol> 2. MH Sintesi e valutazione del Campione sopraffuse 9 Proprietà termiche &#39; <ol><li> Accendere il refrigeratore per raffreddare la nave da temperatura ambiente a 2,0 ° C facendo circolare il liquido refrigerante. Lasciare circolare il liquido di raffreddamento dal refrigeratore to il fondo del recipiente, da lì al coperchio del vaso, ed infine di nuovo al refrigeratore. Il tasso di variazione della temperatura nel serbatoio è stato di circa 0.001 ° C sec -1. </li><li> Impostare i parametri di misura con il software analizzatore di TPS. Impostare il tipo di sensore a sensore design # 7577. Impostare la potenza di uscita W 0 a 30 mW e il tempo di misura a 5 sec. Si noti che i parametri appropriati devono essere modificati se il tipo di sensore o le condizioni di campionamento cambiano. Impostare i parametri di aumentare la temperatura di 1 ° C a 1,5 ° C. </li><li> Calcolare il grado di sottoraffreddamento, DT sup, con la seguente equazione: DT sup = T eq (P) - T. (3) T eq (P) è la temperatura di equilibrio di MH in funzione della pressione P. T eq (P) viene calcolata utilizzando il software CSMGem 1.0; P e T sono la pressione e la temperatura nel recipiente misurato utilizzando pressione e temperatura manometri, rispettivamente. </li><li> Contemporaneamente misurare la conducibilità termica, diffusività termica e calore specifico volumetrico usando l&#39;analizzatore TPS dopo DT sup è maggiore di 2 ° C. </li><li> Passare la sonda TPS collegato alla proprietà analizzatore termico dopo ogni misurazione. Passare i cavi tra le sonde TPS e l&#39;analizzatore manualmente durante l&#39;esperimento 9. Lo schema di collegamento è mostrato in Figura S2 in riferimento 9. La sequenza di commutazione per ogni sensore è no. 6 → 2 → 7 → 5 → 1 → 9 → 4 → 3 → 8 → 6 .... La sequenza è basata sulla distanza tra i sensori, che è impostato per quanto possibile, per evitare che il calore residuo colpisce le misurazioni. Raccogliere i dati ogni 3-5 minuti. </li><li> Ripetere le misurazioni fino a &amp; #916; sup T raggiunge i 2 ° C di nuovo. In questo esperimento, Δ T sup inizialmente aumenta con il tempo. Dopo DT sup raggiunge il valore massimo, DT sup diminuisce gradualmente a 0 ° C perché la pressione diminuisce con la formazione di MH. Controllare se DT sup è superiore a 2 ° C prima delle misurazioni TPS utilizzando la formula 3. </li><li> Assicurarsi che il profilo di temperatura non è influenzato da MH fusione. Se MH scioglie durante le misurazioni, la temperatura non aumenterà a causa di fusione di MH è una reazione endotermica. Controllare il profilo di temperatura durante le misurazioni, ed è discusso nella sezione risultati. </li><li> Eseguire l&#39;analisi delle proprietà termiche &#39;per tutti i dati del profilo di temperatura con la tecnica TPS. </li></ol> 3. Calcolo del cambiamento saturazione del Campione 9,11 Nota:Il grado di saturazione per MH, acqua e gas nel campione in funzione del tempo t è calcolata usando l&#39;equazione di stato del gas. I dettagli di calcolo e equazioni utilizzate sono descritte in precedenza 11. <ol><li> Calcolare il gas V volume di gas metano, t al tempo t <img alt="Equazione 4" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq4.jpg" /> dove Q è il volume iniziale del gas nel recipiente, V MH, t - 1 è il volume di MH al tempo t - 1 e R VHW è il rapporto volume di acqua e MH. <img alt="Equazione 5" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq5.jpg" /> In Equazione 5, n è il numero di idratazione MH (~ 6), ρ MH e ρ dell&#39;acqua corrisponde alla densità rispettivamente MH e acqua, e w MH e acqua w denotano la massa molecolare MH e acqua, respectively. </li><li> Calcolare la quantità t ΔM (mol) di MH formato da t - 1 a t <img alt="equazione 6" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq6.jpg" /> dove R è la costante dei gas, P è la pressione del gas metano, e Z t (gas T, t, P gas, t) è il coefficiente di compressione del metano al tempo t. Abbiamo 9 e Sakamoto et al. 11 abbiamo usato l&#39;equazione Benedetto-Webb-Rubin (BWR), come modificato da Lee e Kesler, per il calcolo Z t 12, 13. Per questo calcolo, le formule (3-7.1) - (3-7.4) dell&#39;equazione BWR 13 e le costanti Lee-Kesler sono utilizzati nelle Tabelle 3 - 7 di riferimento 13. </li><li> Calcolare la variazione di volume Δ V MH, <sub&gt; t di MH da t - 1 a t <img alt="equazione 7" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq7.jpg" /> dove P s è la pressione di riferimento di 101325 Pa, T s è la temperatura di riferimento di 273,15 K, Z s è il coefficiente di compressione P s e T s (Z s ~ 1), e V CH4 è il rapporto tra il volume di gas metano nel unità di volume di MH [Nm 3 m -3]. Utilizzare un valore V CH4 di 165.99 [Nm 3 m -3]. </li><li> Calcolare il volume V MH, t di MH al tempo t <img alt="equazione 8" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq8.jpg" /></li><li> Calcolare il volume di acqua dell&#39;acqua V, t nel recipiente a pressione al tempo t <img alt="equazione 9" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq9.jpg" /&gt; dove l&#39;acqua V, 1 è il volume iniziale di acqua. </li><li> Ripetere i calcoli utilizzando le equazioni. 4-9 al tempo t = 2, 3, ... per determinare la variazione nella saturazione di acqua, metano, e MH 11. La condizione iniziale è t = 1, cioè, gas V, 1 = Q. Il P e T al tempo t sono tratti dai registri di dati 9. I risultati del calcolo sono mostrati nella seguente sezione. </li></ol>

<ol><li>Sloan, E. D., Koh, C. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSloan%2C+ED+%22Clathrate+Hydrates+of+Natural+Gases%2C+3rd+ed%22">Clathrate Hydrates of Natural Gases, 3rd ed</a>. , 3rd ed, CRC Press. Boca Raton, FL. (2007).</li>
<li>Hatzikiriakos, S. G., Englezos, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+relationship+between+global+warming+and+methane+gas+hydrates+in+the+earth%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Eng.+Sci%22%5BJournal%5D)">The relationship between global warming and methane gas hydrates in the earth.</a> Chem. Eng. Sci. 48 (23), 3963-3969 (1993).</li>
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<li>Fujii, T., et al. Geological setting and characterization of a methane hydrate reservoir distributed at the first offshore production test site on the Daini-Atsumi Knoll in the eastern Nankai Trough, Japan. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFujii%2C+T+%22Mar.+Petrol.+Geol%22">Mar. Petrol. Geol</a>. 66 (Pt 2), 310(2015).</li>
<li>Mao, W. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrogen+clusters+in+clathrate+hydrate%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Hydrogen clusters in clathrate hydrate.</a> Science. 297 (5590), 2247-2249 (2002).</li>
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<li>Anderson, G. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enthalpy+of+dissociation+and+hydration+number+of+methane+hydrate+from+the+Clapeyron+equation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Chem.+Thermodyn%22%5BJournal%5D)">Enthalpy of dissociation and hydration number of methane hydrate from the Clapeyron equation.</a> J. Chem. Thermodyn. 36 (12), 1119-1127 (2004).</li>
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<li>Kumar, P., Turner, D., Sloan, E. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+diffusivity+measurements+of+porous+methane+hydrate+and+hydrate-sediment+mixtures%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Geophys.+Res%22%5BJournal%5D)">Thermal diffusivity measurements of porous methane hydrate and hydrate-sediment mixtures.</a> J. Geophys. Res. 109 (B1), (2004).</li>
<li>Huang, D., Fan, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+and+modeling+thermal+conductivity+of+gas+hydrate-bearing+sand%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Geophys.+Res%22%5BJournal%5D)">Measuring and modeling thermal conductivity of gas hydrate-bearing sand.</a> J. Geophys. Res. 110 (B1), (2005).</li>
</ol>

The authors have nothing to disclose.

L&#39;effetto del calore formazione di MH sulla misurazione è stato stimato. Il calore formazione di MH è stato stimato da prodotti di velocità di variazione di S h come mostrato in Figura 3b e l&#39;entalpia di formazione H = 52,9 kJ mol -1 per MH 14. Di conseguenza, la variazione massima temperatura era 0,00,081 mila ° C sec -1. Questo era molto inferiore l&#39;aumento di temperatura DT c del sensore TPS tra 1 ° C e...

Gli idrati di gas sono composti cristallini che compongono le strutture a gabbia di molecole d&#39;acqua con legante idrogeno contenenti molecole ospiti nella gabbia 1. Grandi quantità di idrati di metano (MHS) nelle regioni del pavimento dell&#39;oceano e permafrost sono interessanti risorse energetiche future, ma possono influenzare le condizioni climatiche globali 2. Nel marzo 2013, il petrolio del Giappone, gas e metalli National Corporation condotto primo test di produzione offshore al mondo per estrarre il gas dal naturali sedimenti MH-cuscinetto nella parte orientale fossa di Nankai utilizzando il &quot;metodo di depressurizzazione&quot; 3,4. Gli idrati di gas possono memorizzare gas quali metano 1, idrogeno 5, CO 2 1,6, e ozono 7. Quindi, metano e idrogeno idrati sono studiati come potenziali di accumulo di energia e mezzi di trasporto. Per ridurre le emissioni di CO 2 rilasciate in atmosfera, di CO 2 sequesstrazione utilizzando CO 2 idrati nei sedimenti oceanici profondi sono stati studiati 6. L&#39;ozono è attualmente utilizzato nella purificazione dell&#39;acqua e sterilizzazione alimentare. Studi di tecnologia di conservazione dell&#39;ozono sono stati condotti perché è chimicamente instabile 7. La concentrazione di ozono in idrati è molto superiore a quello in acqua ozonizzata o ghiaccio 7. Per sviluppare la produzione di gas da sedimenti MH-cuscinetto naturali e tecnologie idrato-based, è indispensabile per comprendere le proprietà termiche di idrati di gas. Tuttavia, i dati proprietà termiche e studi su modelli di gas idrati nei sedimenti fruttiferi sono scarse 8. Il &quot;metodo depressurizzazione&quot; può essere utilizzato per dissociare MH nello spazio poroso sedimenti diminuendo la pressione dei pori inferiore alla stabilità idrati. In questo processo, i componenti spaziali poro sedimenti cambiano da acqua e da MH all&#39;acqua, MH, e gas. misura le proprietà termiche &#39;di quest&#39;ultima condizione è difficile perché il calore di fusione di MH possono influenzare le misurazioni. Per risolvere questo problema, Muraoka et al. Eseguita la misurazione delle proprietà termiche &#39;in condizioni molto fredde durante la formazione MH 9. Con questo protocollo video, spieghiamo il metodo di misurazione di campione di sabbia-acqua-gas-MH sintetico super-raffreddato. La Figura 1 mostra la configurazione sperimentale per misurare le proprietà termiche del metano artificiale sedimenti idrati-cuscinetto. La configurazione è la stessa, come mostrato in riferimento 9. Il sistema comprende principalmente una proprietà termiche del sistema di misurazione recipiente ad alta pressione, pressione e controllo della temperatura, e. Il recipiente ad alta pressione è composto di acciaio inossidabile cilindrico con un diametro interno di 140 mm e un&#39;altezza di 140 mm; il suo volume interno con il volume morto rimosso è 2110 centimetri 3, e il suo limite di pressione è 15 MPa. il transie<html> fonte plane nt (TPS) tecnica è usata per misurare le proprietà termiche 10. Nove sonde TPS con raggi individuale di 2.001 mm sono poste all&#39;interno della nave. La disposizione dei nove sonde 9 è mostrato in figura 2 con riferimento 9. Le sonde TPS sono collegati all&#39;analizzatore proprietà termiche &#39;con un cavo e commutato manualmente durante l&#39;esperimento. I dettagli del sensore TPS, schema di collegamento, e la configurazione nel recipiente sono mostrate nelle Figure S1, 2, e 3 delle informazioni di supporto in riferimento 9. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/53956/53956fig1.jpg" /> Figura 1:. L&#39;apparato sperimentale per misurare le proprietà termiche del sedimento idrato di metano-cuscinetto artificiale La figura è modificato dal riferimento 9.3956fig1large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura. Il metodo TPS è stato utilizzato per misurare le proprietà termiche di ogni campione. I principi del metodo sono descritti in riferimento 10. In questo metodo, l&#39;aumento della temperatura in funzione del tempo, DT ave, è <img alt="Equazione 1" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq1.jpg" /> dove <img alt="Equazione 2" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq2.jpg" /> In Equazione 1, W 0 è la potenza in uscita dal sensore, r è il raggio della sonda, λ è la conducibilità termica del campione, α è la diffusività termica, e t è il tempo dall&#39;inizio dell&#39;alimentazione alla sonda. D (τ) è un tempo adimensionale funzione di dipendente. τ </em&gt; è dato da (le vostre rilassanti / r) 1/2. In Equazione 2, m è il numero di anelli concentrici della sonda TPS e 0 è una funzione di Bessel modificata. La conducibilità termica, diffusività termica e calore specifico del campione sono determinati simultaneamente mediante analisi inversione applicata all&#39;aumento temperatura è alimentata alla sonda sensore.

<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.

La figura 2a mostra il profilo di temperatura che non è influenzata da MH fusione. DT c è la variazione di temperatura dovuto la misura costanti termiche. Figura 2b mostra il profilo di temperatura che è affetto da MH fusione. Il profilo in Figura 2b non può essere analizzato tramite Equazioni 1 e 2 poiché queste equazioni sono derivati ​​ipotizzando condizioni del campione stabili. <p class="jove_content...

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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.

Protocollo per la misurazione delle proprietà termiche di un super-raffreddato sintetica Sand-acqua-gas-idrato di metano Campione

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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8.8K Views.  National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST). We present a protocol for measuring the thermal properties of synthetic hydrate-bearing sediment samples comprising sand, water, methane, and methane hydrate.

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

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.

Partizionamento metallo-silicato ad alta pressione e temperatura: metodi sperimentali e un protocollo per sopprimere altamente Siderophile Element Inclusioni

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

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Chimica

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.

Termica a scansione Conduttometria (TSC) come un metodo generale per studiare e controllare il comportamento di fase di conduttivo fisico gel

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

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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.

Studio sperimentale della relazione tra la dimensione delle particelle e la capacità di adsorbimento di metano in scisto

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.

Un protocollo sperimentale per lo studio di minerali effetti sulle trasformazioni organiche idrotermale

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.

Cristallizzazione dell'idrato di metano su goccioline d'acqua sessili

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.

Proprietà della superficie di sintetizzato nanoporosi carbonio e matrici di silice

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.

Studiare gli effetti dei surfactant sulla cristallizzazione idratata nelle interfacce olio-acqua utilizzando un dispositivo Modular EStier integrato a basso costo

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>Misura della conducibilità elettrica per studiare la formazione di salamoie in condizioni marziane

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.

Misura della conducibilità elettrica per studiare la formazione di salamoie in condizioni marziane

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.

Un approccio microfluidico per lo studio della cristallizzazione di ghiaccio e clatrato idrato

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

Protocollo per la misurazione delle proprietà termiche di un super-raffreddato sintetica Sand-acqua-gas-idrato di metano Campione

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