This research was carried out at the Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, under a contract with the National Aeronautics and Space Administration. We acknowledge the support by the NASA Astrobiology Institute (Icy Worlds). L.M.B. is supported by the NAI through the NASA Postdoctoral Program, administered by Oak Ridge Associated Universities through a contract with NASA. J.E.N. was supported through a US Department of Education PR/Award #: P031C110019 administered through Citrus College. We acknowledge useful discussions with members of the NAI Thermodynamics, Disequilibrium, and Evolution Focus Group and the Blue Marble Space Institute of Science.

1. 안전 고려 사항 <ol><li> 화학 물질 유출이나 부상에 방지하기 위해 개인 보호 장비 (실험실 코트, 고글, 니트릴 장갑, 적절한 신발)를 사용합니다. 주사기와 바늘을 사용하고, 장갑을 뚫지주의하십시오. 먼저 주입을 수행하여 누수 장치를 확인하는 실험을 설정하는 동안주의를 두 번 증류 H 2 O (DDH 2 O) 및 화학 물질을 추가하기 전에, 스탠드에 반응 튜브의 안정성을 확인합니다. </li><li> 어떤 화학 정원 조리법으로 실험을 수행하지만, 우리는 깊은 바다 구멍을 시뮬레이션하는 데 사용하는 반응물 중 하나는 유해 화학, 황화 나트륨이다 따라서 노출되는 것을 방지하는 흄 후드 안쪽 전체 실험을 수행. <ol><li> 만 흄 후드에서 황화 나트륨의 병을 열고 황화물의 무게를다는 흄 후드 내부의 균형을 배치합니다. 그들은 독성 H 2 S 가스를 방출로 항상 흄 후드 내에서 황화물을 함유 솔루션을 유지하고, 또한 sulfid을 유지전자 액체, 날카로운 물건, 그리고 흄 후드에서 고체 폐기물 용기. 관심의 또 다른 반응은 공기에 노출시 산화 철 (II) CL 2 • 4H 2 O,, 그래서 무산소 솔루션을 유지하고 (예를 들어, N 2 또는 AR), 항상 내에서 무산소 헤드 스페이스에서 화학 정원을 성장하는데주의를 기울여야 흄 후드 나 글러브 박스. </li></ol></li></ol> 사출 실험 2. 설치 <ol><li> 반전 할 때, 용기는 공기에 개방되어 있도록 유리 커터로 가기 혈청 병 (20mm 압착 밀봉 폐쇄 형)를 압착 한 100㎖의 투명 유리의 바닥 1cm 잘라 냄으로써 유리 &quot;주입 튜브&quot;를 생성한다. 이러한 재사용으로, 1 M 염산 산 목욕 O / N에서 튜브를 청소하고 새 실험 전에 DDH 2 O 잘 씻어. </li><li> 주입 튜브 (그림 1)을 준비합니다. <ol><li> 격막 20mm, 20mm 알루미늄 시일 압착하고 0.5-10 μL 플라스틱 피펫 팁을 모은다. 16 G 주사기 (NE)를 사용하여edle 조심스럽게 그리고, 격벽의 중심 관통 구멍을 천공 제거하고 적절한 예리한 폐기 용기에 바늘을 버린다. </li><li> 유리 병의 압착 상부에 직면하게 될 것이다 고무 격막의 측면에, 바늘 구멍에 피펫 팁을 삽입합니다. 그것은 다른 측면을 넘나들며 있도록 격막을 통해 피펫 팁을 밀어 넣습니다. </li><li> 크림프 밀봉 시일을 수밀하게 주입 용기에 피펫 팁을 가진 격막. 밀봉 된 때 외부로 돌출되도록 격막을 통해 상기 피펫 팁을 누른다. </li><li> (배관 길이가 주사기 펌프로 주입 유리 병에서 도달한다) 피펫 팁에 1/16 &quot;내경 명확한 유연한 화학성 튜브를 붙입니다; 방수 밀봉을 위해 그것을 밀어 넣습니다. 참고 :이 16 G 바늘과 주사기에 의해 다른 쪽 끝에서 공급되는 주입 관이 될 것입니다. </li><li> 누수 확인 : 튜브의 다른 쪽 끝으로 16 G 바늘 DDH 2 O 가득 10 ML의 주사기를 삽입(부드럽게 직선 바늘에 튜브 슬라이드와 튜브의 벽에 구멍을하지 않도록주의). 천천히 DDH 2 O가 튜브를 이동하고, 반응 용기의 하부로 주입되도록. 그 주사기 / 튜브, 튜브 / 팁을 확인하고 압착 씰 방수 있습니다. </li></ol></li><li> 주입 유리 병의 바닥에서 먹이를 수 있도록, 흄 후드에서 스탠드에 주입 튜브를 클램프. 참고 : 여러 병은 한 번에 설정하고 별도의 주사기에 의해 동시에 공급 될 수있다. </li><li> 화학 정원의 벽을 가로 질러 막 잠재력을 측정하기위한 전극을 설정합니다. 항상 리드는 &quot;내부&quot;인과 화학 정원의 &quot;외부&quot;인 동일한 규칙을 사용합니다. <ol><li> 멀티 미터 또는 데이터 로거의 리드에 반응 용기 내부에서 도달 절연 전선 (예를 들어, 구리)의 길이를 잘라. 위치에 대한 전선의 느슨 함을 조금 남겨주세요. </li><li> 의 스트립 ~ 3mm반응 바이알 내부에 위치한다 단부에 나선. 멀티 미터 리드 와이어 스트립 ~ 1cm로 연결됩니다 다른 끝. </li><li> 화학 정원에서 막 잠재력을 측정하는 장소에 와이어를 고정합니다. 화학 정원 안에 갈 것이다 와이어 : 유체가 용기에 공급되는에서 피펫 팁의 구멍에 삽입합니다. </li><li> 하지만 지금까지이 분사 흐름을 방해 할 것, 주사 용액과 접촉을 보장하기 위해 가볍게에 와이어를 밀어 넣습니다. 외부 와이어 : 장소는 그것이 용액 저장조가 아닌 화학 정원 석출물과 접촉 될 수 있도록. </li><li> 그들은 실험 (도 2) 동안 주사 바이알 안에 움직일 수 있도록 테이프 또는 그렇지는 와이어를 고정. </li><li> 멀티 미터 와이어의 타 단부를 연결하고, 그 단부는 실험 내내 움직이지 않도록 고정 와이어. </li></ol></li><li> N 2 설정 </각각 주입 튜브의 하나로 공급됩니다 서브&gt; 가스 라인. <ol><li> 각각의 주사 바이알에 대해 하나의 N 2 공급 물이 존재하도록, 몇 개의 튜브에 N 2 가스 공급원으로부터 공급 물을 분할. </li><li> 가 주입 튜브의 하나의 헤드 스페이스에 공급되도록 각각의 N 2 튜브를 놓습니다. </li></ol></li></ol> 화학 정원 성장을위한 솔루션 3. 준비 <ol><li> 저장 솔루션, 각 실험에 대한 100 ㎖를 준비합니다. 주 :이 예에서, 침전 양이온 (표 1) 75 mM의 철 및 25 mM의 2+ 3+ 철을 사용한다. <ol><li> 처음 100 ㎖ 당 ~ 15 분 동안 N 2 가스로 DDH 2 O 버블 링에 의해 무산소 솔루션을 만듭니다. </li><li> (산소를 도입하지하지 않기 적극적 않도록) 밖으로 달아 용해 부드럽게 교반, 50ml을 2 • 4H 2 O 및 50ml을 • 6H 2 O를 추가합니다. </li><li> 시약은 용해 후 즉시 resum철 2+ / 철의 E 빛 버블 링 3 + N 2 가스 용액 주사가 준비되어있다. </li></ol></li><li> 표 1에 나타낸 주 주사 용액의 두 선택하고, 각 10 ㎖를 준비한다. 솔루션의 각각 7 ml의 표시로 10 ML의 주사기 (각 솔루션에 대해 하나의 주사기)를 입력합니다. 바늘 캡을 교체하고 따로 설정합니다. </li><li> . 보조 주입 용액 20 ㎖ (황화 나트륨 -주의) 준비 표 1을이 용액을 7 ㎖의 표시에 2 개의 10 ml의 주사기를 채우기, 바늘 캡을 교체하고 따로 설정합니다. 항상 흄 후드에서 황화물을 함유 솔루션과 주사기를 유지. </li><li> DDH에게 단계 2.2.5 2 O 주사기 리필; 이러한 주입 튜브를 세척하는데 사용된다. </li></ol> 4. 차 주입 시작 <ol><li> 막 잠재적 인 측정을위한 원하는 데이터 로거를 사용; 해부에 각 실험의 가능성을 측정E 채널, 및 (전위 매 30 초 충분할 것이다 녹화 2 시간 주입을 위해, 예) 데이터 포인트의 원하는 양을 제공하기 위해 스캔 속도를 설정한다. </li><li> 흄 후드에서 프로그램 주사기 펌프에 차 주입 주사기를 고정합니다. </li><li> 드립을 잡아 주사기 모두 비이커에 물방울을 시작 할 때까지 빠른 속도로 주입하는 주사기 펌프를 설정하는 폐기물 비커를 사용합니다. 이어서 (두 주사기 정확히 동일한 레벨 주입 시작되도록하기 위해) 주입을 중지. </li><li> 주사기 펌프가 시간당 2 ml의에 주입하는 재 프로그램 (사용되는 주사기의 유형에 대한 보정),하지만 시작에 충돌하지 않습니다. </li><li> 두 개의 플라스틱 사출 튜브에 DDH 2 O 주사기를 삽입하고 물이 메인 저수지를 입력 구멍에 투명 튜브를 위로 채우도록 주입. 주입 튜브 위에 스탠드에 주사기를 놓습니다. </li><li> EA로의 Fe 2+ / 철 3+ 저장 용액 100 ㎖를 붓고채널 유리 병. </li><li> 주사 기간 동안 실험 무산소 유지 원하는 N 2 가스 라인의 흐름을 조절한다. </li><li> (; 유리를 통해보기를 방해하지 예를 들어, 파라 필름을 사용) 각 바이알 (그림 3)에 N 2 피드를 삽입 조심스럽게 밀폐 씰 저수지 튜브를 커버한다. </li><li> DDH 2 O 주사기 (스틸 튜브에 삽입) 아래로 옆에있는 차 주입 주사기를 가져와. 조심스럽게 DDH 2 O 주사기 바늘 오프 플라스틱 사출 튜브 슬라이드, 즉시 차 주입 주사기 바늘 하나에 직접 전송할 수 있습니다. (튜브의 벽에 구멍을하지 않도록주의하십시오.) </li><li> 주입을 시작하고 막 잠재력의 녹음을 시작합니다. </li></ol> 5. 차 주입을 시작 : <ol><li> ((6 ml를 주입 한 후), 한 번 화학 정원 구조를 형성 한 3 시간 후 Figu을 주사기 펌프 정지 히트) 4 재, 지속적으로 막 전위를 생성한다 (그림 5). </li><li> 조심스럽게 주사기 펌프에서 차 주입 주사기를 제거합니다 (그러나 구조가 방해되지 않도록 배관에 연결을두고) 유체는 다시 주사기 내로 유입되지 않도록 바이알 내의 유체의 레벨 위에서 스탠드으로 설정. </li><li> 주사기 펌프에 보조 주입 황화 주사기를 고정하고, 단계 4.3 및 4.4를 반복합니다. </li><li> 유리 병에서 유체의 수준 이상으로 주사기를 잡고 보조 주사기에 차 주사기에서 (그림 6) 튜브를 전송하는 단계 4.9를 반복, 주사기 펌프에서 한 번에 보조 주사기 하나를 제거하고. 주사기에 저수지에서 유체 압력이 화학 정원을 축소시킬 수 있으므로 주사기로 역류하는 유체가 발생하지 않는 것을 경계한다. </li><li> 전송이 완료되면, 신중 1~ 이차 주사기 확보전자 주사기 펌프. </li><li> 다시 프로그램 주사기 펌프는 시간 당 2 ml를 주입 할시, 새로운 주입 용액 주입을 계속하기 시작했다. </li><li> 안전하게 차 주입 주사기 폐기하십시오. </li></ol> 6. 실험 종료 <ol><li> 우선, 주사기 펌프를 정지 한 후, 막 전위의 기록을 중지하고 데이터를 저장한다. </li><li> N 2 흐름을 끄고 분사 선박의 라인과 파라 필름을 제거합니다. </li><li> 원하는 경우, 저류 액을 샘플링 또는 추가 분석을 위해 침전. 신중 저장 용액을 제거하고, 침전물을 방해하지 않도록주의 깊게 여러 분량 씩 저장 용액을 피펫과 폐기물 비커 용액을 버리고 25 ㎖ 피펫을 사용한다. </li><li> 주입 용기 한 번에 하나씩 언 클램프 및 흄 후드에 폐기물 전사 비이커에 용액을 붓는다. 침전물의 조각을 씻어 DDH 2 O를 사용합니다. </li><li> 이리저리 주사기를 제거주사기 펌프를 M 및 폐기물 전송 비커에 도망 여분의 주입 유체를시키는, 튜브에서 그들을 압축을 풉니 다. 폐기물 비커에 주사기를 비우기 및 흄 후드에 보관 황화물 날카로운 물건 용기에 주사기 폐기하십시오. </li><li> 실험 유리 병에서 튜브를 제거하고 고체 폐기물 봉투에 폐기하십시오. 씰을 Uncrimp 및 격막, 인감 및 피펫 팁 폐기하십시오. </li><li> 유리 실험 유리 병을 씻어 1 M 염산 산 목욕 O / N에 담가. (주의 - 산에 위치 할 때 독성 H 2 S 가스를 발표 할 예정이다 황화 나트륨과 접촉 한 유리 흄 후드 내에서 산 화장실을 유지합니다..) </li></ol>

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C., Cruz, P., Steinbock, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+Hydrodynamic+Plumes+to+Chemical+Gardens:+The+Concentration-Dependent+Onset+of+Tube+Formation.">From Hydrodynamic Plumes to Chemical Gardens: The Concentration-Dependent Onset of Tube Formation.</a> Langmuir. 30, 9123-9129 (2014).</li><li>Herschy, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+origin-of-life+reactor+to+simulate+alkaline+hydrothermal+vents.">An origin-of-life reactor to simulate alkaline hydrothermal vents.</a> J. Mol. Evol. 79, 213-227 (2014).</li><li>Yamaguchi, A., Yamamoto, M., Takai, K., Ishii, T., Hashimoto, K., Nakamura, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+CO2+Reduction+by+Ni-containing+Iron+Sulfides:+How+Is+CO2+Electrochemically+Reduced+at+Bisulfide-Bearing+Deep-sea+Hydrothermal+Precipitates?.">Electrochemical CO2 Reduction by Ni-containing Iron Sulfides: How Is CO2 Electrochemically Reduced at Bisulfide-Bearing Deep-sea Hydrothermal Precipitates?.</a> Electrochim. Acta. 141, 311-318 (2014).</li><li>Hansen, H. C. B., Guldberg, S., Erbs, M., Koch, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetics+of+nitrate+reduction+by+green+rusts&#8212;effects+of+interlayer+anion+and+Fe+(II):+Fe+(III)+ratio.">Kinetics of nitrate reduction by green rusts&#8212;effects of interlayer anion and Fe (II): Fe (III) ratio.</a> Appl. Clay Sci. 18 (1), 81-91 (2001).</li><li>Trolard, F., Bourri&#233;, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fougerite+a+natural+layered+double+hydroxide+in+gley+soil:+habitus,+structure,+and+some+properties.">Fougerite a natural layered double hydroxide in gley soil: habitus, structure, and some properties.</a> Clay Minerals in Nature - Their Characterization, Modification and Application. , (2012).</li><li>van Oss, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Specifically+Impermeable+Precipitate+Membranes.">Specifically Impermeable Precipitate Membranes.</a> Surface and Colloid Science. , 115-144 (1984).</li><li>Baaske, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extreme+accumulation+of+nucleotides+in+simulated+hydrothermal+pore+systems.">Extreme accumulation of nucleotides in simulated hydrothermal pore systems.</a> P. Natl. Acad. Sci. USA. 104, 9346-9351 (2007).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

주입법을 통한 화학 정원 구조의 형성은 침전물을 생성 반응성 이온을 함유하는 임의의 두 용액의 인터페이스에 의해 달성 될 수있다. 침전물 구조를 생성하고 반응성 이온 농도의 올바른 조리법을 찾는 것은 바람직한 구조는 시행 착오의 문제이다 성장하는 여러 가지 반응 시스템이 있습니다. 주입 용액의 유속은 프로그래머블 주사기 펌프에 의해 제어되며, 이는 또한 천연 시스템에서 유체 유?...

&quot;화학 정원은&quot;대비 화학의 두 유체가 1,2 상호 작용을 개발 한 자기 조립 무기 침전물이다. 이러한 자기 조립 무기 구조는 부분적으로 자신의 생체 모방 외관을 통해 세기의 과학적 관심의 대상이되고 있고, 많은 실험 및 이론적 연구는 화학 정원 시스템 (3)의 각종 복잡한 양상 및 가능한 기능을 이해하기 위해 추진되고있다. 화학 정원의 자연 예를 열수 스프링 스며 주위에 성장 미네랄 &quot;굴뚝&quot;침전물을 포함하고,이 생명은 4 등장 할 설득력있는 환경을 제공 할 수 있다고 주장하고있다. 천연 열수 분출 공 침니 시뮬레이션 화학 정원 성장, 저류 액 모의 바다 조성물 및 바다로 공급 열수 유체를 나타내야 주사액을 표현한다. 이 O 형의 다양성다른 반응 시스템에 F 실험 초기 지구에서 또는 다른 세계에 환경을 포함하여 거의 모든 제안 바다 / 열수 유체 화학,의 시뮬레이션이 가능합니다. 초기 지구에서 바다는 무산소, 산성 (PH 5-6)했을 것이다, 더 3 대기 CO2 및 Fe 2+,뿐만 아니라 철 III, 니켈 2 +, 같은 망간 2+를 용해 포함 된 것 및 NO 2. 이 해수 및 초 염기성 해양 지각 사이의 화학 반응은 수소와 메탄을 포함하는 알칼리 열수 유체를 생산하고했을 경우 황화 (HS -)에 4-8. 초기 지구 알칼리 벤트 환경에서 형성 굴뚝 따라서 철 / 철 옥시 수산화 철 / 니켈 황화물을 함유 한 수, 그리고 이들 광물이 지구 화학적 산화 환원 / 산도 그라디언트를 활용하여 구동하는 방향으로 특정 촉매 및 프로토 효소 기능을 제공했을 수도 있다고 제안되었다 metaboli의 출현SM 5. 마찬가지로, 것과 같은 다른 세계는 호스트 수에 (또는 호스팅 수도 있습니다) 물 / 바위 인터페이스 - 그것은 물 / 바위 화학이 할 수있는 알칼리 벤트 환경을 생성 할 수있는 가능성이있다 - 이러한 초기 화성, 목성의 위성 인 유로파 (Europa), 또는 토성의 위성 엔셀라두스로 프리 바이오 틱 화학 운전 또는 현존하는 생활 5,9-11에 대한 거주 할 수있는 틈새 시장을 제공한다. 고전적인 화학 정원 실험 반응성 음이온, 예를 들면 규산 나트륨 또는 &quot;물유리&quot;를 포함하는 용액에 침지 금속염의 종 결정, 예를 들면 철, 염화 테트라 • 4H 2 O 50ml을 2를 포함한다. 알칼리성 용액과 인터페이스의 Fe 2+ 함유 산성 용액을 만들기 금속염이 용해 (실리케이트 음이온을 함유하고 OH -)과 무기 막 침전물이 형성된다. 삼투압에서 막 팽창, 파열, 그때 다시 침전새 유체 인터페이스를 톤. 결정이 모두 매크로 및 마이크로 규모에서 복잡한 형태와 수직 방향, 자기 조직화 침전물 구조 초래 용해 될 때까지이 프로세스는 반복한다. 무기 화학 정원 막 걸쳐 화학적 대조 용액의 지속적인 분리하고, 막을 가로 질러 하전 종의 차분이 침전 처리 결과는 12-14 막 전위를 산출한다. 화학 정원 구조는 외부 13,15-19에 내부에서 조성 구배를 전시, 복잡하고, 이온 다소 투과성을 유지하면서 구조의 벽은 오랜 기간 동안 대조 솔루션 사이의 간격을 유지한다. (그들은 교실 시위 있도록 간단하고, 화학 반응과 자기 조직에 대한 학생들을 교육 수) 교육 목적을위한 이상적인 실험 일뿐만 아니라, 화학 정원은 자기 assemb의 표현으로 과학적인 의미를 가지고LY는 동적, 멀리에서 평형 시스템에서, 재미 있고 유용한 물질 (20, 21)의 생산으로 이어질 수있는 방법을 포함. 화학 실험실에서 정원도있는 하나의 이온을 함유하는 침전 용액을 천천히 공동 침전 이온 (또는 이온)을 함유하는 제 2 용액에 주입하고, 분사 방법을 통해 성장 될 수있다. 이 시스템의 성질과 침전이 더 잘 제어 될 수 있다는 점을 제외하고, 결정 성장 실험의 것과 유사한 화학적 정원 구조의 형성을 초래한다. 주입 방법은 몇 가지 중요한 이점을 갖는다. 그것은 하나의 석출 또는 혼입 종 조합하여 화학적 정원을 형성 할 수 있도록, 즉, 다수의 침전 이온이 하나의 용액 내로 혼입 될 수있는, 그리고 / 또는 다른 비 - 침전 부품 /은 침전물과 반응 흡착 용액 중 하나에 포함될 수있다 . 화학적으로 생성 막전위이와 같이 전극 시스템의 전기 화학적 연구를 가능 구조의 내부에 포함되어있는 경우 정원 시스템은 주입 실험에서 측정 할 수있다. 주입 실험 분사량 또는 분사 총 부피를 변화시킴으로써 제어 시간 프레임에 대한 화학 정원의 내부로 주사액을 공급하는 능력을 제공; 그것은 다른 솔루션을 순차적으로 공급하고 트랩 또는 반응기로 석출 구조를 사용하는 것이 가능하다. 결합, 이러한 기술은 바다 사이에 많은 동시 침전 반응에서 형성되는 굴뚝을 포함한 해저 열수 분출 공에서 자연 화학 정원 시스템에서 발생 할 수있는 복잡한 프로세스의 실험실 시뮬레이션을 허용하고 (예를 들어, 생산 금속 황화물, 수산화물 유체를 배출 및 / 또는 탄산염 실리케이트) 5,22. 이들 기술은 또한 새로운 종류의 형성을 허용하기 위해 임의의 화학 정원 반응 시스템에 적용 할 수있다물질, 예를 들면, 흡착 반응 종 20,23 계층화 된 튜브 또는 튜브. 여기에 우리는 세부 사항 무산소 환경에서 구조를 함유 두 화학 정원, 철 2+의 동시 성장을 포함하는 예 실험. 이 실험에서는 구조에 대한 영향을 관찰하기 위해 초기 주입 용액에 폴리 인산염 및 / 또는 아미노산 미량 혼입. 화학 정원의 초기 형성 후 우리는 차 침전 음이온으로 황화물을 소개하는 주사액을 투입합니다. 막 전위의 측정은 실험을하는 동안 자동으로 만들어졌다. 이 프로토콜은 한 번 이중 주사기 펌프를 사용하여 두 개의 실험을 실행하는 방법에 대해 설명합니다; 이 절차는 데이터의 다수의 실행을 요구되어 도시. 비교적 높은 유속, 실험에 사용되는 리저버 및 반응물의 농도의 낮은 pH가 큰 굴뚝을 형성하도록 설계된 시간에 SC 석출하루 실험실 실험에 적합 에일. 그러나, 천연 열수 스프링스에 유체 유량이 훨씬 더 확산 될 수 있고, (초기 지구 시스템에서 예를 들어, Fe 및 S)를 석출 반응물의 농도가 낮은 크기 4의 순서 일 수; 따라서, 구조화 된 침전물을 더 이상 시간 척도를 통해 형성 것이며, 벤트는 수십 년 24, 25 수천의 활성이 될 수 있습니다.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Syringe Pump</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>14-831-3</td>
			<td>Dual or multiple channel, depending on desired number of simultaneous experiments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ferrous chloride tetrahydrate</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>I90500</td>
			<td>Ferrous Chloride Tetrahydrate (Crystalline/Certified)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ferric chloride hexahydrate</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>I88-100&#160;</td>
			<td>Ferric&#160;Chloride&#160;Hexahydrate&#160;(Lumps/Certified ACS)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydroxide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S5881</td>
			<td>reagent grade, &#8805;98%, pellets (anhydrous)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium sulfide nonahydrate</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>S425212</td>
			<td>Sodium Sulfide Nonahydrate (Crystalline/Certified ACS).&#160; Store at -20C. Only open in a glove box or fume hood. Releases toxic H2S gas; all sulfide-containing solutions must be kept in a glove box or fume hood.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium pyrophosphate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right">322431</td>
			<td>97%, http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/322431?lang=en&#38;region=US</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Alanine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A7627</td>
			<td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/a7627?lang=en&#38;region=US</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringes (10cc)</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>14-823-16E</td>
			<td>BD&#8482; Syringe with Luer-Lok Tips (Without Needle)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe needles (16 gauge)</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>14-826-18B</td>
			<td>BD&#8482; General Use and PrecisionGlide Hypodermic Needles, 16 G x 1.5 in. (38mm)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tubing</td>
			<td>Cole Parmer</td>
			<td>EW-06407-71</td>
			<td>Tygon Lab Tubing, Non-DEHP, 1/16&#34;ID X 1/8&#34;OD</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminum seals</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>0337523C</td>
			<td>Thermo Scientific&#8482; National&#8482; Headspace 20mm Crimp Seals</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gray butyl stoppers</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>0337522AA</td>
			<td>Thermo Scientific&#8482; National&#8482; 20mm Septa for Headspace Vials</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Serum bottles</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>33110-U</td>
			<td>Vials, crimp top, serum bottle, size 100 mL, clear glass, O.D. &#215; H 51.7 mm &#215; 94.5 mm. For these experiments, the bottom of the serum bottle should be cut off.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pipette tips</td>
			<td>VWR</td>
			<td>53511-682</td>
			<td>pipette tips 0.5-10 microliters</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wire</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>8073K661</td>
			<td>Solid Single-Conductor Wire, UL 1007/1569, 20 AWG, 300 VAC</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

chemical gardens as flow-through reactors simulating natural hydrothermal systems

Here we report experimental simulations of hydrothermal chimney growth using injection chemical garden methods. The versatility of this type of experiment allows for testing of various proposed ocean / hydrothermal fluid chemistries that could have driven reactions toward the origin of life in environments on the early Earth, early Mars, or even other worlds such as the icy moons of the outer planets. We show experiments that include growth of chemical garden structures under anoxic conditions simulating the early Earth, inclusion of trace components of phosphates / organics in the injection solution to incorporate them into the structure, a switch of the injection solution to introduce a secondary precipitating anion, and the measurement of membrane potentials generated by chemical gardens. Using this method, self-assembling chemical garden structures were formed that mimic the natural chimneys precipitated at submarine hydrothermal springs, and these precipitates can be used successfully as flow-through reactors by feeding through multiple successive &#8220;hydrothermal&#8221; injections.

주사액이 저장 용액에 공급하기 시작하면, 화학 정원 침전물 유체 계면에서 형성되기 시작하고,이 구조는 주입 (도 4-7)의 과정을 통해 계속 성장. 여기에보고 된 실험에서, 첫번째 주입 (L 알라닌 및 / 또는 파이로 포스페이트를 포함하도록 수정 될 수있다), 수산화 나트륨이고, 저장 용액을 1 : 혼합을 산출의 Fe 3+ / 철 2+ 3 혼합물 -redox 상태 옥시 수산화 철 석출물. 화학 ...

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Chemical Gardens as Flow-through Reactors Simulating Natural Hydrothermal Systems

We describe chemical garden formation via injection experiments that allow for laboratory simulations of natural chemical garden systems that form at submarine hydrothermal vents.

화학 정원으로 원자로 시뮬레이션 자연 열수 시스템 플로우를 통해

Here we report experimental simulations of hydrothermal chimney growth using injection chemical garden methods. The versatility of this type of experiment ...

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Research

JoVE Journal

Chemistry

14.4K 조회수.  California Institute of Technology. We describe chemical garden formation via injection experiments that allow for laboratory simulations of natural chemical garden systems that form at submarine hydrothermal vents.

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Free Radicals in Chemical Biology: from Chemical Behavior to Biomarker Development

The involvement of free radicals in life sciences has constantly increased with time and has been connected to several physiological and pathological processes. This subject embraces diverse scientific areas, spanning from physical, biological and bioorganic chemistry to biology and medicine, with applications to the amelioration of quality of life, health and aging. Multidisciplinary skills are required for the full investigation of the many facets of radical processes in the biological environment and chemical knowledge plays a crucial role in unveiling basic processes and mechanisms. We developed a chemical biology approach able to connect free radical chemical reactivity with biological processes, providing information on the mechanistic pathways and products. The core of this approach is the design of biomimetic models to study biomolecule behavior (lipids, nucleic acids and proteins) in aqueous systems, obtaining insights of the reaction pathways as well as building up molecular libraries of the free radical reaction products. This context can be successfully used for biomarker discovery and examples are provided with two classes of compounds: mono-trans isomers of cholesteryl esters, which are synthesized and used as references for detection in human plasma, and purine 5',8-cyclo-2'-deoxyribonucleosides, prepared and used as reference in the protocol for detection of such lesions in DNA samples, after ionizing radiations or obtained from different health conditions.

Radical-based biomimetic chemistry has been applied to building-up libraries necessary for biomarker development.

화학 생물학에서의 자유 부수 : 화학 행동의 Biomarker 개발에

The involvement of free radicals in life sciences has constantly increased with time and has been connected to several physiological and pathological ...

연구

화학

High-pressure Sapphire Cell for Phase Equilibria Measurements of CO2/Organic/Water Systems

The high pressure sapphire cell apparatus was constructed to visually determine the composition of multiphase systems without physical sampling. Specifically, the sapphire cell enables visual data collection from multiple loadings to solve a set of material balances to precisely determine phase composition. Ternary phase diagrams can then be established to determine the proportion of each component in each phase at a given condition. In principle, any ternary system can be studied although ternary systems (gas-liquid-liquid) are the specific examples discussed herein. For instance, the ternary THF-Water-CO2 system was studied at 25 and 40&#160;&#176;C and is described herein. Of key importance, this technique does not require sampling. Circumventing the possible disturbance of the system equilibrium upon sampling, inherent measurement errors, and technical difficulties of physically sampling under pressure is a significant benefit of this technique. Perhaps as important, the sapphire cell also enables the direct visual observation of the phase behavior. In fact, as the CO2 pressure is increased, the homogeneous THF-Water solution phase splits at about 2 MPa. With this technique, it was possible to easily and clearly observe the cloud point and determine the composition of the newly formed phases as a function of pressure.
The data acquired with the sapphire cell technique can be used for many applications. In our case, we measured swelling and composition for tunable solvents, like gas-expanded liquids, gas-expanded ionic liquids and Organic Aqueous Tunable Systems (OATS)1-4. For the latest system, OATS, the high-pressure sapphire cell enabled the study of (1) phase behavior as a function of pressure and temperature, (2) composition of each phase (gas-liquid-liquid) as a function of pressure and temperature and (3) catalyst partitioning in the two liquid phases as a function of pressure and composition. Finally, the sapphire cell is an especially effective tool to gather accurate and reproducible measurements in a timely fashion.

High-pressure Sapphire Cell for Phase Equilibria Measurements of CO2/Organic/Water Systems

The high pressure sapphire cell apparatus is a unique tool to study, without sampling, phase behavior under a wide range of pressures. Using a cathetometer, very precise volume measurements can be recorded to measure liquid expansion and phase composition. Thus, this synthetic method enables the study of (1) phase equilibria of multi-component mixtures and (2) the partition behavior of catalyst or model compounds as a function of pressure.

CO의 상 평형 측정을위한 고압 사파이어 셀<sub&gt; 2</sub&gt; / 유기농 / 물 시스템

The high pressure sapphire cell apparatus was constructed to visually determine the composition of multiphase systems without physical sampling. ...

Ethylene Polymerizations Using Parallel Pressure Reactors and a Kinetic Analysis of Chain Transfer Polymerization

We demonstrate a method for high-throughput catalyst screening using a parallel pressure reactor starting from the initial synthesis of a nickel &#945;-diimine ethylene polymerization catalyst. Initial polymerizations with the catalyst lead to optimized reaction conditions, including catalyst concentration, ethylene pressure and reaction time. Using gas-uptake data for these reactions, a procedure to calculate the initial rate of propagation (kp) is presented. Using the optimized conditions, the ability of the nickel &#945;-diimine polymerization catalyst to undergo chain transfer with diethylzinc (ZnEt2) during ethylene polymerization was investigated. A procedure to assess the ability of the catalyst to undergo chain transfer (from molecular weight and 13C NMR data), calculate the degree of chain transfer, and calculate chain transfer rates (ke) is presented.

A protocol for the high-throughput analysis of polymerization catalyst, chain transfer polymerizations, polyethylene characterization, and reaction kinetic analysis is presented.

병렬 반응기 압력 및 연쇄 이동 중합 키네틱 분석을 사용하여 에틸렌 중합

We demonstrate a method for high-throughput catalyst screening using a parallel pressure reactor starting from the initial synthesis of a nickel ...

Development of a Backbone Cyclic Peptide Library as Potential Antiparasitic Therapeutics Using Microwave Irradiation

Protein-protein interactions (PPIs) are intimately involved in almost all biological processes and are linked to many human diseases. Therefore, there is a major effort to target PPIs in basic research and in the pharmaceutical industry. Protein-protein interfaces are usually large, flat, and often lack pockets, complicating the discovery of small molecules that target such sites. Alternative targeting approaches using antibodies have limitations due to poor oral bioavailability, low cell-permeability, and production inefficiency.
Using peptides to target PPI interfaces has several advantages. Peptides have higher conformational flexibility, increased selectivity, and are generally inexpensive. However, peptides have their own limitations including poor stability and inefficiency crossing cell membranes. To overcome such limitations, peptide cyclization can be performed. Cyclization has been demonstrated to improve peptide selectivity, metabolic stability, and bioavailability. However, predicting the bioactive conformation of a cyclic peptide is not trivial. To overcome this challenge, one attractive approach it to screen a focused library to screen in which all backbone cyclic peptides have the same primary sequence, but differ in parameters that influence their conformation, such as ring size and position.
We describe a detailed protocol for synthesizing a library of backbone cyclic peptides targeting specific parasite PPIs. Using a rational design approach, we developed peptides derived from the scaffold protein Leishmania receptor for activated C-kinase (LACK). We hypothesized that sequences in LACK that are conserved in parasites, but not in the mammalian host homolog, may represent interaction sites for proteins that are critical for the parasites&#39; viability. The cyclic peptides were synthesized using microwave irradiation to reduce reaction times and increase efficiency. Developing a library of backbone cyclic peptides with different ring sizes facilitates a systematic screen for the most biological active conformation. This method provides a general, fast, and facile way to synthesize cyclic peptides.

A simple and general method for the synthesis of cyclic peptides using microwave irradiation is outlined. This procedure enables the synthesis of backbone cyclic peptides with a collection of different conformations while retaining the side chains and the pharmacophoric moieties., and therefore, allows to screen for the bioactive conformation.

마이크로 웨이브 조사를 사용하여 잠재적 인 기생충 치료제로 백본 순환 펩타이드 라이브러리 개발

Protein-protein interactions (PPIs) are intimately involved in almost all biological processes and are linked to many human diseases. Therefore, there is ...

Synthesis and Characterization of Supramolecular Colloids

Control over colloidal assembly is of utmost importance for the development of functional colloidal materials with tailored structural and mechanical properties for applications in photonics, drug delivery and coating technology. Here we present a new family of colloidal building blocks, coined supramolecular colloids, whose self-assembly is controlled through surface-functionalization with a benzene-1,3,5-tricarboxamide (BTA) derived supramolecular moiety. Such BTAs interact via directional, strong, yet reversible hydrogen-bonds with other identical BTAs. Herein, a protocol is presented that describes how to couple these BTAs to colloids and how to quantify the number of coupling sites, which determines the multivalency of the supramolecular colloids. Light scattering measurements show that the refractive index of the colloids is almost matched with that of the solvent, which strongly reduces the van der Waals forces between the colloids. Before photo-activation, the colloids remain well dispersed, as the BTAs are equipped with a photo-labile group that blocks the formation of hydrogen-bonds. Controlled deprotection with UV-light activates the short-range hydrogen-bonds between the BTAs, which triggers the colloidal self-assembly. The evolution from the dispersed state to the clustered state is monitored by confocal microscopy. These results are further quantified by image analysis with simple routines using ImageJ and Matlab. This merger of supramolecular chemistry and colloidal science offers a direct route towards light- and thermo-responsive colloidal assembly encoded in the surface-grafted monolayer.

A protocol for the synthesis and characterization of colloids coated with supramolecular moieties is described. These supramolecular colloids undergo self-assembly upon the activation of the hydrogen-bonds between the surface-anchored molecules by UV-light.

Control over colloidal assembly is of utmost importance for the development of functional colloidal materials with tailored structural and mechanical ...

Laboratory Production of Biofuels and Biochemicals from a Rapeseed Oil through Catalytic Cracking Conversion

The work is based on a reported study which investigates the processability of canola oil (bio-feed) in the presence of bitumen-derived heavy gas oil (HGO) for production of transportation fuels through a fluid catalytic cracking (FCC) route. Cracking experiments are performed with a fully automated reaction unit at a fixed weight hourly space velocity (WHSV) of 8 hr-1, 490-530 &#176;C, and catalyst/oil ratios of 4-12 g/g. When a feed is in contact with catalyst in the fluid-bed reactor, cracking takes place generating gaseous, liquid, and solid products. The vapor produced is condensed and collected in a liquid receiver at -15 &#176;C. The non-condensable effluent is first directed to a vessel and is sent, after homogenization, to an on-line gas chromatograph (GC) for refinery gas analysis. The coke deposited on the catalyst is determined in situ by burning the spent catalyst in air at high temperatures. Levels of CO2 are measured quantitatively via an infrared (IR) cell, and are converted to coke yield. Liquid samples in the receivers are analyzed by GC for simulated distillation to determine the amounts in different boiling ranges, i.e., IBP-221 &#176;C (gasoline), 221-343 &#176;C (light cycle oil), and 343 &#176;C+ (heavy cycle oil). Cracking of a feed containing canola oil generates water, which appears at the bottom of a liquid receiver and on its inner wall. Recovery of water on the wall is achieved through washing with methanol followed by Karl Fischer titration for water content. Basic results reported include conversion (the portion of the feed converted to gas and liquid product with a boiling point below 221 &#176;C, coke, and water, if present) and yields of dry gas (H2-C2's, CO, and CO2), liquefied petroleum gas (C3-C4), gasoline, light cycle oil, heavy cycle oil, coke, and water, if present.

This paper presents an experimental method to produce biofuels and biochemicals from canola oil mixed with a fossil-based feed in the presence of a catalyst at mild temperatures. Gaseous, liquid, and solid products from a reaction unit are quantified and characterized. Conversion and individual product yields are calculated and reported.

접촉 분해 변환을 통해 유채 기름에서 바이오 연료와 바이오 케미컬의 실험실 생산

The work is based on a reported study which investigates the processability of canola oil (bio-feed) in the presence of bitumen-derived heavy gas oil ...

Laser-heating and Radiance Spectrometry for the Study of Nuclear Materials in Conditions Simulating a Nuclear Power Plant Accident

Major and severe accidents have occurred three times in nuclear power plants (NPPs), at Three Mile Island (USA, 1979), Chernobyl (former USSR, 1986) and Fukushima (Japan, 2011). Research on the causes, dynamics, and consequences of these mishaps has been performed in a few laboratories worldwide in the last three decades. Common goals of such research activities are: the prevention of these kinds of accidents, both in existing and potential new nuclear power plants; the minimization of their eventual consequences; and ultimately, a full understanding of the real risks connected with NPPs. At the European Commission Joint Research Centre&#39;s Institute for Transuranium Elements, a laser-heating and fast radiance spectro-pyrometry facility is used for the laboratory simulation, on a small scale, of NPP core meltdown, the most common type of severe accident (SA) that can occur in a nuclear reactor as a consequence of a failure of the cooling system. This simulation tool permits fast and effective high-temperature measurements on real nuclear materials, such as plutonium and minor actinide-containing fission fuel samples. In this respect, and in its capability to produce large amount of data concerning materials under extreme conditions, the current experimental approach is certainly unique. For current and future concepts of NPP, example results are presented on the melting behavior of some different types of nuclear fuels: uranium-plutonium oxides, carbides, and nitrides. Results on the high-temperature interaction of oxide fuels with containment materials are also briefly shown.

We present experiments in which real nuclear fuel, cladding, and containment materials are laser heated to temperatures beyond 3,000 K while their behavior is studied by radiance spectroscopy and thermal analysis. These experiments simulate, on a laboratory scale, the formation of a lava-phase following a nuclear reactor core meltdown.

레이저 열 및 빛 분석 조건에서 핵 물질의 연구에 대 한 원자력 발전소 사고 시뮬레이션

Major and severe accidents have occurred three times in nuclear power plants (NPPs), at Three Mile Island (USA, 1979), Chernobyl (former USSR, 1986) and ...

Minimum Burning Pressures of Water-based Emulsion Explosives

This manuscript describes a protocol to measure the minimum pressure required for sustained burning of water-based emulsion explosives. Pumping water-based emulsion explosives for blasting applications can be very hazardous, as demonstrated by a number of pump accidents around the globe in the last decades, including some that resulted in fatalities. In Canada, the recognition of this hazard has led to the development of pumping guidelines that were endorsed by both the explosives industry and the Explosive Regulatory Division of the Canadian government. In these guidelines, it was noted that the minimum burning pressures (MBP) measured in a laboratory would provide a good guide to characterize the behaviour of these products in pumping systems. The same guidelines also call for the design of pump systems that prevent, whenever possible, pressures from exceeding the MBP of the product being pumped. At the time of publication of these guidelines, a methodology existed for measuring such MBP values but it had never been validated to measure the MBP of ammonium nitrate water-based emulsions (AWEs). AWEs are now used much more widely than any other water-based explosives and precursors in on-site bulk loading operations.
The Canadian Explosives Research Laboratory (CanmetCERL) has been conducting research over the last ten years to develop a validated testing protocol to measure and interpret representative MBP values for AWEs. The test, as it is performed today, will be described and the critical components will be justified by reference to recent published data. Results of MBP measurements, for a range of AWE products, will be presented. Inclusion of the MBP test in the test standards for the authorization of high explosives in Canada will also be discussed.

We present an apparatus based on hot-wire ignition in a pressurized enclosure and an associated methodology to measure the minimum pressure required to induce sustained combustion in water-based emulsion explosives. This method improves product characterization to allow one to use them more safely during pumping and mixing operations.

최소 물 유화 액 폭발물의 점화

This manuscript describes a protocol to measure the minimum pressure required for sustained burning of water-based emulsion explosives. Pumping ...

Utilization of Stop-flow Micro-tubing Reactors for the Development of Organic Transformations

A new reaction screening technology for organic synthesis was recently demonstrated by combining elements from both continuous micro-flow and conventional batch reactors, coined stop-flow micro-tubing (SFMT) reactors. In SFMT, chemical reactions that require high pressure can be screened in parallel through a safer and convenient way. Cross-contamination, which is a common problem in reaction screening for continuous flow reactors, is avoided in SFMT. Moreover, the commercially available light-permeable micro-tubing can be incorporated into SFMT, serving as an excellent choice for light-mediated reactions due to a more effective uniform light exposure, compared to batch reactors. Overall, the SFMT reactor system is similar to continuous flow reactors and more superior than batch reactors for reactions that incorporate gas reagents and/or require light-illumination, which enables a simple but highly efficient reaction screening system. Furthermore, any successfully developed reaction in the SFMT reactor system can be conveniently translated to continuous-flow synthesis for large scale production.

A protocol for organic reaction screening using stop-flow micro-tubing (SFMT) reactors employing gaseous reactants and/or visible-light mediated reactions is presented.

유기 변환의 개발에 대 한 중지 흐름 마이크로 튜브 원자로의 활용

A new reaction screening technology for organic synthesis was recently demonstrated by combining elements from both continuous micro-flow and conventional ...

Reducing Willow Wood Fuel Emission by Low Temperature Microwave Assisted Hydrothermal Carbonization

Biomass is a sustainable fuel, as its CO2 emissions are reintegrated in biomass growth. However, the inorganic precursors in the biomass cause a negative environmental impact and slag formation. The selected short rotation coppice (SRC) willow wood has a high ash content (<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/58970/58970eq1.jpg" /> = 1.96%) and, therefore, a high content of emission and slag precursors. Therefore, the reduction of minerals from SRC willow wood by low temperature microwave assisted hydrothermal carbonization (MAHC) at 150 &#176;C, 170 &#176;C, and 185 &#176;C is investigated. An advantage of MAHC over conventional reactors is an even temperature conductance in the reaction medium, as microwaves penetrate the whole reactor volume. This allows a better temperature control and a faster cooldown. Therefore, a succession of depolymerization, transformation and repolymerization reactions can be analyzed effectively. In this study, the analysis of the mass loss, ash content and composition, heating values and molar O/C and H/C ratios of the treated and untreated SCR willow wood showed that the mineral content of the MAHC coal was reduced and the heating value increased. The process water showed a decreasing pH and contained furfural and 5-methylfurfural. A process temperature of 170 &#176;C showed the best combination of energy input and ash component reduction. The MAHC allows a better understanding of the hydrothermal carbonization process, while a large-scale industrial application is unlikely because of the high investment costs.

A protocol for the emission precursor depletion from low quality biomass by low temperature microwave assisted hydrothermal carbonization treatment is presented. This protocol includes the microwave parameters and the analysis of the biocoal product and process water.

저온 마이크로파 보조 열 량 화에의 한 버드 나무 연료 방출 감소

Biomass is a sustainable fuel, as its CO2 emissions are reintegrated in biomass growth. However, the inorganic precursors in the biomass cause a negative ...