Name: studying surfactant effects on hydrate crystallization at oil-water interfaces using a low-cost integrated modular peltier device
Uploaded: 2020-03-18T12:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Studying Surfactant Effects on Hydrate Crystallization at Oil-Water Interfaces Using a Low-Cost Integrated Modular Peltier Device at JoVE.com

يشكر المؤلفون الجمعية الكيميائية الأمريكية - صندوق أبحاث البترول (ACS - PFR) ، رقم المنحة: PRF # 57216-UNI9 ، على الدعم المالي.

1. تشكيل هيدرات على قطرات الماء في السيكلوبنتا
ملاحظة: الإجراء التجريبي الموضح أدناه هو لدراسة تكوين الهيدرات على قطرة الماء في السيكلوبنتاين باستخدام خلية التصور IMPd وهيدرات الموصوفة في المقدمة.
<ol><li>إرفاق إبرة 19 G إلى حقنة زجاجية 1 مل(الشكل 2ب، C).</li...

<ol>
	<li>Graham, 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=.">.</a> Deep water: The Gulf Oil disaster and the future of offshore drilling. Report to the President. , (2011).</li><li>Hammerschmidt, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+of+gas+hydrates+in+natural+gas+transmission+lines.">Formation of gas hydrates in natural gas transmission lines.</a> Industrial &amp; Engineering Chemistry. 26, 851-855 (1934).</li><li>Sloan, E. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+changing+hydrate+paradigm-from+apprehension+to+avoidance+to+risk+management.">A changing hydrate paradigm-from apprehension to avoidance to risk management.</a> Fluid Phase Equilibria. 228-229, 67-74 (2005).</li><li>Xiaokai, L., Latifa, N., Abbas, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anti-agglomeration+in+cyclopentane+hydrates+from+bio-+and+co-surfactants.">Anti-agglomeration in cyclopentane hydrates from bio- and co-surfactants.</a> Energy &amp; Fuels. 24, 4937-4943 (2010).</li><li>Sloan, E. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fundamental+principles+and+applications+of+natural+gas+hydrates.">Fundamental principles and applications of natural gas hydrates.</a> Nature. 426, 353-363 (2003).</li><li>Sloan, E. D., Koh, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Clathrate Hydrates of Natural Gases. , (2007).</li><li>Lee, J. D., Englezos, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unusual+kinetic+inhibitor+effects+on+gas+hydrate+formation.">Unusual kinetic inhibitor effects on gas hydrate formation.</a> Chemical Engineering Science. 61, 1368-1376 (2006).</li><li>Daimaru, T., Yamasaki, A., Yanagisawa, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+surfactant+carbon+chain+length+on+hydrate+formation+kinetics.">Effect of surfactant carbon chain length on hydrate formation kinetics.</a> Journal of Petroleum Science and Engineering. 56, 89-96 (2007).</li><li>Karanjkar, P. U., Lee, J. W., Morris, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surfactant+effects+on+hydrate+crystallization+at+the+water-oil+interface:+hollow-conical+crystals.">Surfactant effects on hydrate crystallization at the water-oil interface: hollow-conical crystals.</a> Crystal Growth &amp; Design. 12, 3817-3824 (2012).</li><li>Leopercio, B. C., de Souza Mendes, P. R., Fuller, G. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+kinetics+and+mechanics+of+hydrate+films+by+interfacial+rheology.">Growth kinetics and mechanics of hydrate films by interfacial rheology.</a> Langmuir. 32, 4203-4209 (2016).</li><li>Karanjkar, P. U., Lee, J. W., Morris, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calorimetric+investigation+of+cyclopentane+hydrate+formation+in+an+emulsion.">Calorimetric investigation of cyclopentane hydrate formation in an emulsion.</a> Chemical Engineering Science. 68, 481-491 (2012).</li><li>Mori, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Harkins-brown+correction+factor+for+drop+formation.">Harkins-brown correction factor for drop formation.</a> AIChE Journal. 36, 1272-1274 (1990).</li><li>Dann, K., Rosenfeld, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surfactant+effect+on+hydrate+crystallization+at+oil-water+interface.">Surfactant effect on hydrate crystallization at oil-water interface.</a> Langmuir. 34 (21), 6085-6094 (2018).</li><li>Ibach, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Physics of Surfaces and Interfaces. , (2006).</li></ol>

في هذه المقالة نصف تقنية تجريبية لدراسة تبلور الهيدرات في واجهة النفط والمياه في وجود المواد السطحية غير الأيونية. يتكون الجهاز من نظام التحكم في درجة الحرارة وخلية التصور التي تشمل غرفة نحاسية مع نوافذ وكاميرا CMOS ومحول ضغط. يتكون نظام التحكم في درجة الحرارة من متحكم دقيق ، لوحة بلتييه قو?...

الحافز لفهم آلية تبلور الهيدرات وتثبيط يأتي من حقيقة أن الهيدرات تحدث بشكل طبيعي في خطوط أنابيب النفط ويمكن أن يؤدي إلى صعوبات في ضمان التدفق. فعلى سبيل المثال،كان الانسكاب النفطي 1 لخليج المكسيك في عام 2010 نتيجة لتراكم هيدرات في نظام أنابيب النفط تحت الماء، مما تسبب في تلوث البيئة. وبالتالي، فإن فهم تكوين الهيدرات وتثبيطها أمر بالغ الأهمية من أجل منع الكوارث البيئية في المستقبل. الكثير من القوة الدافعة لدراسة تبلور الهيدرات في السنوات الماضية هي جهود صناعة النفط لمنع تكتل سد الهيدرات وانسداد التدفق اللاحق. أول دراسة لتحديد أن الهيدرات كانت مسؤولة عن خطوط التدفق الموصولة تم القيام بها من قبل Hammerschmidt في عام 19342. حتى يومنا هذا، يجد منتجو النفط أنه من المهم للغاية فهم وتثبيط تكوين هيدرات لضمان التدفق3.
إحدى الطرق لمنع تكوين الهيدرات هي عزل خطوط أنابيب المياه العميقة بحيث لا يتشكل الجليد. ومع ذلك ، فمن المكلف عزل خطوط الأنابيب بشكل كاف ، ويمكن أن تكون التكاليف الإضافية في حوالي 1 مليون دولار / كم3. يمكن حقن مثبطات الديناميكة الحرارية، مثل الميثانول، في الآبار لمنع تكوين الهيدرات. ومع ذلك ، هناك حاجة إلى نسب كبيرة من الماء إلى الكحول ، كبيرة مثل 1:1 ، من أجل منع تكوين هيدرات4بشكل كاف. وفي الآونة الأخيرة، أُبلغ عن التكلفة العالمية لاستخدام الميثانول للوقاية من الهيدرات بمبلغ 220 مليون دولار في السنة. هذا ليس كمية مستدامة من تعاطي الكحول5. وبالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام الميثانول ينطوي على مشاكل لأنه خطير بيئياً، ولا يمكن استخدامه في النقل على نطاق واسع5. بدلا من ذلك، يمكن مثبطات حركية، مثل المواد السطحية، قمع نمو الهيدرات بكميات صغيرة ودرجات حرارة تصل إلى 20 درجة مئوية6. وبالتالي ، يمكن أن يقلل وجود السطحي من كمية كبيرة من الكحول اللازمة للوقاية من الهيدرات.
تعتبر المواد السطحية مثبطات جيدة لتبلور الهيدرات لسببين رئيسيين:
1) أنها يمكن أن تمنع تكوين هيدرات من خلال التغيرات الخصائص السطحية؛ و 2) أنها تساعد في البداية تشكيل خلايا الهيدرات ولكن منع المزيد من النمو والتكتل من الكريستال أسفل خط الأنابيب7. على الرغم من أن المواد السطحية أثبتت أنها مثبطات فعالة ، لا يزال هناك كمية كبيرة من المعلومات المفقودة فيما يتعلق بعملية التبلور في وجود المواد السطحية. في حين أظهرت بعض الدراسات أن استخدام المواد السطحية يمكن أن تمتد وقت تبلور الهيدرات الأولي في بعض المبردات الفرعية، وجدت دراسات أخرى استثناءات في تركيزات خواثت منخفضة. في تركيزات أقل من السطحي، قطرات الماء تميل إلى التحام وتسريع عملية تشكيل هيدرات8. وقد تم تفسير عملية تثبيط من قبل جزيئات خافير توقف نمو هيدرات البلان، مما اضطر الهيدرات إلى تكوين الكريستال جوفاء مخروطية. البلورات المخروطية تشكل حاجزا ميكانيكيا لنمو الكريستال9، وبالتالي تمنع النمو.
في هذه الدراسة قمنا بتصميم وتنفيذ جهاز بلتييه وحدات منخفضة التكلفة (IMPd) جنبا إلى جنب مع خلية التصور هيدرات واستخدامها لدراسة تشكيل هيدرات السيكلوبينتان في وجود الخواث السطحية غير الأيونية. والسبب في استخدام السيكلوبنتاين بدلا ً من غازات الوزن الجزيئي المنخفض (على سبيل المثال، CH4 و CO2)التي عادة ما تشكل هيدرات في خزانات أعماق البحار، هو أن هذه الغازات تتطلب ضغوطًا أعلى ودرجات حرارة أقل لتشكيل هيدرات مستقرة. لأن أشكال السيكلوبينتان هيدرات في الضغط المحيط ودرجات الحرارة تصل إلى ~ 7.5 درجة مئوية، وغالبا ما تستخدم كمادة نموذجية لتشكيل هيدرات10.
يتكون جهاز Peltier المعياري المتكامل (IMPd) من متحكم دقيق مفتوح المصدر ، ولوحة Peltier ، ومبرد وحدة المعالجة المركزية (بالوعة الحرارة) ، ومستشعر درجة الحرارة الرقمية للماء. يمكن للجهاز تقديم فرق درجة حرارة قصوى قدره 68 درجة مئوية. الحد الأدنى لدرجة الحرارة القرار هو 1/16 درجة مئوية. ويمكن بناء النظام بأكمله، بما في ذلك الدوائر الكهربائية والأجهزة، بأقل من 200 دولار. جهاز استشعار درجة الحرارة تقارير إلى المتحكم، الذي يرسل إشارات الإخراج إلى الترانزستور. ثم يمرر الترانزستور التيار من مصدر طاقة DC عبر عنصر Peltier. يساعد بالوعة الحرارة على تبريد عنصر Peltier عن طريق الحمل الحراري للحرارة القادمة من الجانب الساخن من Peltier إلى الهواء المحيط. وترد مكونات الأجهزة المجمعة من نظام IMPd في الشكل 1أ، ب. يوضح الشكل 1ج تخطيطي الأسلاك مع جميع مكونات حلقة التحكم (وحدة تحكم نسبية متكاملة -مشتقة [PID] ) ودبوس-outs. وكان تيار الإخراج من المتحكم الدقيق محدودة مع مقاومة البوابة R1 إلى تيار الحد الأقصى من 23 mA (I = 5 V/220 W). المقاوم المنسدل R2 في الشكل 1ج يسمح لتهمة البوابة بالتبدد وإيقاف تشغيل النظام. لضبط وحدة تحكم PID، يتم استخدام الأساليب المستندة إلى زيغلر نيكولز جنبا إلى جنب مع عملية تكرارية11. يتم استخدام برنامج بيئة التطوير المتكاملة (IDE) لمراقبة وإرسال الأوامر إلى المتحكم الدقيق لتنظيم درجة الحرارة.
جنبا إلى جنب مع IMPd ، طبقنا نهجًا جديدًا باستخدام تقنيات التصور وقياسات الضغط الداخلي. تتكون خلية التصور الهيدرات، التي يتم وضعها فوق IMPd، من خلية نحاسية مجهزة بنافذتين للمراقبة ذات الوعاءين. تسمح النوافذ بتسجيل الفيديو لعملية تشكيل الهيدرات على قطرة الماء في السيكلوبنتا. يتم وضع كاميرا أشباه الموصلات التكميلية لأكسيد المعادن (CMOS) خارج النافذة ويتم توصيل محول الضغط بخط حقن الماء من أجل الحصول على قياسات الضغط الداخلي للقطرة. يتم استخدام تطبيق محول رقمي للحصول على القراءات من محول الضغط. يتم استخدام عارض الكاميرا لالتقاط مقاطع الفيديو والصور من كاميرا CMOS. يتحكم البرنامج في التعرض وتردد اللقطة. يتم استخدام برامج معالجة الصور لتتبع نمو الهيدرات. يوضح الشكل 2أ وصفًا تخطيطيًا لخلية التصور الهيدرات ويظهر الشكل 2ب نظرة عامة على النظام التجريبي بأكمله. هيدرات البذور(الشكل 2أ)مطلوب للنواة متسقة وتتبع معدل نمو الهيدرات. هيدرات البذور هو حجم صغير (على سبيل المثال، 50-100 ميكرولتر) من المياه النقية المودعة على أرضية خلية الهيدرات. مع انخفاض درجة الحرارة ، يشكل الانخفاض الثلج ، والذي يتحول بعد ذلك إلى هيدرات مع زيادة درجة الحرارة. قطعة صغيرة من هيدرات البذور ثم يتصل قطرات الماء. تتحكم هذه العملية في بدء الهيدرات في قطرات الماء المغمورة. يتم إدراج مزيل السيليكا في الفجوة بين الشرائح الزجاجية اثنين(الشكل 2ج)،والتي تكون بمثابة نوافذ عرض. يساعد مزيل السيليكا على تقليل كمية صقيع وضباب على النوافذ. كما يتم تطبيق الضباب المضادة للنافذة الخارجية للحد من الضباب. يتم التقاط الصور باستخدام كاميرا CMOS وعدسة 28-90 مم. ويستخدم مصباح 150 واط الألياف البصرية أوزة الرقبة للإضاءة. يتم وضع غطاء الاكريليك على رأس الخلية النحاسية من أجل الحد من تبخر السيكلوبنتاين. السباكة يتكون من مزيج مرن من أنابيب البولي ترايترافلوروإيثيلين مرنة (PTFE) وأنابيب النحاس جامدة. مضخة حقنة مع حقنة زجاجية 1 مل وإبرة 19 G السيطرة على تدفق المياه ومحلول السطحي. يقوم محول الضغط بمراقبة تغيرات الضغط داخل قطرة محلول تسرب المياه. 19 G أنابيب PTFE يربط الحقنة إلى تي المناسب و 1/16 في. (1.588 ملم) أنابيب النحاس يربط محول وهوك النحاس إلى تي المناسب(الشكل 2د). هوك النحاس، ما يقرب من 5 سم في الطول مع منحنى 180 درجة، يولد قطرات حل الماء / السطحي. يضمن الانحناء أن القطرة الناتجة عن الحقنة يجلس على رأس الأنبوب طوال التجربة. A 1/16 في. الفولاذ المقاوم للصدأ T-المناسب بالتزامن مع PTFE سحق ferrules وPTFE شريط الموضوع ختم التجهيزات.
باستخدام هذا الجهاز، فحصنا أربعة مواد بيانية غير أيونية مختلفة مع أرصدة مختلفة هيدروفيلية-ليبوفيلي (HLB) التي تستخدم عادة في صناعة النفط: السوربيتان أحادي لورات، السوربيتان أحادية العضوية، PEG-PPG-PEG، والبولي أوكسيإيثيلينسبيتان تريسترات.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1/16 in. Swagelok 316 stainless steel T-fitting</td>
			<td>Swagelok</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>19 gauge PTFE tubing</td>
			<td>Scientific Commodities, Inc.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>19-gauge needle (model: 1001 LTSN SYR)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1-Wire DS18B20 - waterproof digital temperature sensor</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti fog</td>
			<td>RainX</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arduino Leonardo open-source microcontroller</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Brass tubing 1/16 in.</td>
			<td>K&#38;S Precision Metals</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chemyx Fusion 100 Infusion Pump</td>
			<td>Chemyx</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>cMOS camera acA640-750um</td>
			<td>Basler</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cyclopentane 98% extra pure</td>
			<td>ACROS organics</td>
			<td>AC111481000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fiber optic goose-neck lamp 150W</td>
			<td>AmScope</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fotodiox macro extension tubes, 35 mm</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hamilton glass syringe 1 mL</td>
			<td>Hamilton</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ImageJ software</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kipon EOS to C-mount adapter</td>
			<td>Kipon</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lens 28-90 mm</td>
			<td>Canon</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mathematica software</td>
			<td>Mathematica</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OMEGA PX409-10WGUSBH pressure transducer</td>
			<td>OMEGA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Peltier plate TEC1-12715</td>
			<td>Amazon</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pluronic L31 (PEG-PPG-PEG)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>9003-11-6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pylon Viewer v5.0.0.6150</td>
			<td>Basler</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Span 20 (Sorbitan laurate, Sorbitan monolaurate)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>1338-39-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Span 80 (Sorbitan Monooteate)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>1338-43-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermaltake NiC C4 120mm CPU cooler</td>
			<td>Thermaltake</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tween 65 (Polyoxyethylenesorbitan Tristearate)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>9005-71-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>variable Tooluxe DC power supply</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

studying surfactant effects on hydrate crystallization at oil-water interfaces using a low-cost integrated modular peltier device

نقدم نهجًا لدراسة تكوين ونمو الهيدرات تحت تأثير المواد السطحية غير الأيونية. يتضمن النظام التجريبي منظم درجة الحرارة وتقنيات التصور وقياسات الضغط الداخلي. يحتوي نظام التحكم في درجة الحرارة على منظم درجة حرارة منخفض التكلفة وقابل للبرمجة مصنوع من مكونات Peltier الصلبة. جنبا إلى جنب مع نظام التحكم في درجة الحرارة، قمنا بدمج تقنيات التصور وقياسات الضغط الداخلي لدراسة تكوين هيدرات وتثبيط في وجود المواد السطحية غير الأيونية. درسنا قدرة مثبطة للهيدرات من المواد السطحية غير الأيونية (sorbitane monolaurate، أحادية السورتراين، PEG-PPG-PEG، وثلاثيات البولي أوكسي إيثيلينسبيتاتان) عند تركيزات منخفضة (أي 0.1 CMC)، متوسطة (أي CMC)، وعالية (أي 10 CMC). تم تشكيل نوعين من البلورات: البلان والمخروطية. تشكلت بلورات البلنار في الماء العادي وتركيزات السطحية منخفضة. تشكلت بلورات مخروطية في تركيزات عالية السطحية. تظهر نتائج الدراسة أن البلورات المخروطية هي الأكثر فعالية من حيث تثبيط الهيدرات. لأن البلورات المخروطية لا يمكن أن تنمو بعد حجم معين، ومعدل نمو الهيدرات كبلورة مخروطية أبطأ من معدل نمو الهيدرات كبلورة بلانار. وبالتالي ، فإن المواد السطحية التي تجبر الهيدرات على تشكيل بلورات مخروطية هي الأكثر كفاءة. الهدف من البروتوكول هو تقديم وصف مفصل لنظام تجريبي قادر على التحقيق في عملية تبلور هيدرات السيكلوبينتين على سطح قطرة الماء في وجود جزيئات السطحية.

باستخدام هذا النظام التجريبي يمكن للمرء أن يفحص تكوين الهيدرات في واجهة النفط والماء وقياس الإجهاد بين الوجهين المرتبطة بعملية التبلور. ويبين الشكل 6 مجموعة تمثيلية من النتائج التي تشمل كل من تكوين الكريستال والإجهاد بين الوجهين. في نمو قذيفة البلار(الشكل 6</stron...

Watch this Scientific Journal Video about Studying Surfactant Effects on Hydrate Crystallization at Oil-Water Interfaces Using a Low-Cost Integrated Modular Peltier Device at JoVE.com

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

نقدم بروتوكولا لدراسة تشكيل الهيدرات في وجود المواد الخافير غير الأيونية على واجهة قطرة الماء المغمورة في السيكلوبنتا. يتكون البروتوكول من بناء منظم درجة الحرارة منخفض التكلفة وقابل للبرمجة. يتم الجمع بين نظام التحكم في درجة الحرارة مع تقنيات التصور وقياسات الضغط الداخلي.

دراسة تأثيرات السطح السطحي على تبلور الهيدرات في واجهات النفط والمياه باستخدام جهاز بلتييه وحدات متكاملة منخفضة التكلفة

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

البروتوكول هو تطبيق في دراسة تأثير مثبطات السطح على بلورات هيدرات. وهو يوفر معلومات عن كل من نوع الكريستال وآلية لتثبيط. إرفاق إبرة قياس 19 إلى حقنة زجاجية مليلتر واحد.شطف الإبرة والحقنة ثلاث مرات مع المياه غير المؤينة ثم ملء الحقنة بالماء الأيون. بعد ذلك ، املأ خلية التصور الهيدرات بـ 25 ملليلتر من السيكلوبنتين. باستخدام الحقنة، أدخل قطرة من الماء غير المؤين في الجزء السفلي من خلية التصور هيدرات.هذه القطرة المائية هي هيدرات البذور. ثم ضع مستشعر درجة الحرارة داخل خلية التصور الهيدرات قريبة من الجزء السفلي من الخلية. لمنع تبخر السيكلوبينتان، وضع غطاء الاكريليك على الخلية والمسمار الغطاء في مكان.ضبط الأضواء والكاميرا للتركيز على هيدرات البذور. باستخدام جهاز التحكم في درجة الحرارة، تعيين درجة حرارة لوحة بلتيير إلى درجة مئوية خمس سلبية. مراقبة القيم المبلغ عنها من جهاز استشعار درجة الحرارة.عندما تصل درجة الحرارة إلى خمس درجات مئوية سلبية ، تأكد من أن هيدرات البذور في الجزء السفلي من غرفة التصور الهيدرات يتحول إلى جليد. تعيين درجة حرارة صفيحة بلتيير إلى درجتين مئويتين في زيادات 0.5 درجة مئوية. عندما تصل درجة الحرارة إلى درجتين مئويتين، املأ السباكة بالماء باستخدام الحقنة.ثم، خفض خطاف النحاس في cyclopentane والسماح لها لتكواسير لمدة خمس دقائق. باستخدام البرنامج للضغط محول، اضغط على زر ابدأ لبدء تسجيلات محول الرقمية. توصيل حقنة إلى مضخة الحقنة، تعيين مضخة حقنة لحقن حجم من اثنين microliters وتفعيله.سوف تغرق الحقنة الماء في حمام السيكلوبينتاني لتشكيل قطرة ماء مغمورة. استخدمي طرف إبرة لإزالة قطعة صغيرة من هيدرات البذور. جلب طرف إبرة مع قطعة من هيدرات البذور في اتصال قصير مع قطرات الماء لبدء تشكيل هيدرات.اضغط على بدء التسجيل على برنامج التقاط الكاميرا. تسجيل الصور من عملية التبلور في هرتز واحد. للعثور على تركيز micelle الحرجة، تبدأ من خلال إعداد حلول قياسية كما هو موضح في المخطوطة.لقياس التوتر السطحي لكل حل السطحي باستخدام طريقة قياس الأسطح، قم ببرمجة المضخة لطرد ميليلتر واحد من المحلات بمعدل 0.5 ملليلتر في الدقيقة. ضع مضخة الحقنة والمحاقن عموديًا واطلق القطرات في الهواء. عد عدد القطرات وقسمة ملليلتر واحد على عدد القطرات للعثور على حجم الإفلات.لكل حل، حساب التوتر السطحي كما هو موضح في المخطوطة و ارسم التوتر السطحي كدالة لتركيز السطح. التركيز حيث يسطح منحنى التوتر السطحي هو CMC، تركيز micelle الحرجة. كرر الإجراء المستخدم لقياس تكوين الهيدرات على قطرات الماء ، ولكن استخدم حلول السطح السطحي من تركيزات مختلفة.استخدام برامج معالجة الصور لفتح الصورة الأولى في تسلسل عملية التبلور. استخدام أداة طول في البرنامج لقياس قطر أنبوب النحاس في الصورة. تعيين مقياس في الصورة على أساس القطر المعروف من أنبوب النحاس ، واحد من ستة عشر بوصة.حدد 10 صور متساوية المسافات، والتي تلتقط العملية من التنوية إلى تحويل القطرات. لكل صورة، استخدم البرنامج للكشف يدوياً عن كفاف القطرة ووضع علامة على كفاف باللون الأحمر. ثم، تتبع يدويا كفاف من هيدرات وملء كفاف مع الأسود.تلتقط الكاميرا فقط الإسقاط 2D من قطرة كروية. استخدام برنامج النمذجة الرياضية لتشكيل إعادة بناء 3D من قطرة والمساحة التي تغطيها هيدرات. وباستخدام هذا النظام التجريبي، يمكن للمرء أن يفحص تكوين الهيدرات في واجهة المياه النفطية ويقيس الإجهاد بين الوجهين المرتبط بعملية التبلور.في المياه النقية وتركيزات منخفضة من المواد الخافضة للسطح، شكلت الهيدرات مورفولوجيا قذيفة ية، وتزايدت بمعدل ثابت من القطبين نحو خط الاستواء. ومع نمو الهيدرات، احتل نفس العدد من الجزيئات الراكعة السطحية مساحة أصغر، مما أدى إلى انخفاض الإجهاد بين الوجهين بمرور الوقت. في تركيزات عالية السطحي، نمت الهيدرات ككريستال مخروطي.عندما أصبحت البلورة كبيرة بما يكفي، جزء من المخروط كسر خالية من سطح القطرات. هذا النمط من النمو يحدث مرارا وتكرارا بطريقة متذبذبة. بعد أن وصلت البلورة المخروطية إلى حجم حرج وانفصلت عن سطح القطرة ، تسببت الزيادة المفاجئة في السطح المتاح للجزيئات السطحية في زيادة الإجهاد بين الوجهين.ثم بدأت الكريستال تنمو مرة أخرى، مما أسفر عن نمط متذبذب. وقد حالت معظم الحلول ذات السطح السطحي دون نمو الهيدرات مقارنة بالمياه النقية. وكان تركيز عال من البولي أوكسيثين السوربيتان تريسستريت الأكثر فعالية.يمكن لهذا النظام أن يوفر معلومات عن السبب في أن بعض المواد الراكدة على السطح تمنع الهيدرات بشكل أفضل من غيرها. ويمكن أيضا أن تستخدم النظام لدراسة تشكيل العام من البلورات في واجهات.

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Organic Chemistry

Chemistry

Unit 1

Alkanes and Cycloalkanes

SCIENTISTS IN ACTION

Covalent Binding of BMP-2 on Surfaces Using a Self-assembled Monolayer Approach

التساهمية تجليد BMP-2 على السطوح باستخدام نهج أحادي الطبقة تجميعها الذاتي

Bone morphogenetic protein 2 (BMP-2) is a growth factor embedded in the extracellular matrix of bone tissue. BMP-2 acts as trigger of mesenchymal cell ...

Preparation of Carbon Nanosheets at Room Temperature

إعداد Nanosheets الكربون في درجة حرارة الغرفة

Amphiphilic molecules equipped with a reactive, carbon-rich "oligoyne" segment consisting of conjugated carbon-carbon triple bonds self-assemble into ...

Rapid High-throughput Species Identification of Botanical Material Using Direct Analysis in Real Time High Resolution Mass Spectrometry

سريع سرعة عالية الإنتاجية الأنواع النباتية تحديد المواد عن طريق تحليل المباشر في الوقت الحقيقي عالية الدقة قياس الطيف الكتلي

We demonstrate that direct analysis in real time-high resolution mass spectrometry can be used to produce mass spectral profiles of botanical material, ...

Sediment Core Extrusion Method at Millimeter Resolution Using a Calibrated, Threaded-rod

طريقة البثق الرواسب الأساسية في الملليمتر قرار باستخدام المعايرة، الخيوط قضيب

Aquatic sediment core subsampling is commonly performed at cm or half-cm resolution. Depending on the sedimentation rate and depositional environment, ...

A Simple, Low-cost, and Robust System to Measure the Volume of Hydrogen Evolved by Chemical Reactions with Aqueous Solutions

A، منخفضة التكلفة وبسيطة، ونظام دقيق لقياس حجم الهيدروجين المتصاعد من التفاعلات الكيميائية مع المحاليل المائية

There is a growing research interest in the development of portable systems which can deliver hydrogen on-demand to proton exchange membrane (PEM) ...

Sulfate Separation by Selective Crystallization with a Bis-iminoguanidinium Ligand

فصل كبريتات التي كتبها الانتقائية تبلور مع يجند مكرر iminoguanidinium

A simple and effective method for selective sulfate separation from aqueous solutions by crystallization with a bis-guanidinium ligand, ...

Green and Low-cost Production of Thermally Stable and Carboxylated Cellulose Nanocrystals and Nanofibrils Using Highly Recyclable Dicarboxylic Acids

الإنتاج التكاليف منخفضة الخضراء ومستقر حراريا وCarboxylated السليلوز البلورات النانوية وNanofibrils عن طريق إعادة التدوير درجة عالية من الأحماض ثنائي الكربوكسيل

Here we demonstrate potentially low cost and green productions of high thermally stable and carboxylated cellulose nanocrystals (CNCs) and nanofibrils ...

Monitoring the Effects of Illumination on the Structure of Conjugated Polymer Gels Using Neutron Scattering

رصد تأثيرات الإضاءة على هيكل المواد الهلامية البوليمرية مترافق استخدام تشتت النيوترونات

We demonstrate a protocol to effectively monitor the gelation process of a high concentration solution of conjugated polymer both in the presence and ...

Synthesis of a Thiol Building Block for the Crystallization of a Semiconducting Gyroidal Metal-sulfur Framework

توليف لكتلة الإنشاء ثيول لبلورة إطار جيرويدال معدن الكبريت انتشارية

We present a method for preparing thioester molecules as the masked form of the thiol linkers and their utilization for accessing a semiconducting and ...

Automated 90Sr Separation and Preconcentration in a Lab-on-Valve System at Ppq Level

Automated 90Sr Separation and Preconcentration in a Lab-on-Valve System at Ppq Level

الفصل الآلي 90ريال وبريكونسينتريشن في نظام المعمل على صمام المستوى بك

A quick, automated and portable system for the separation and determination of radiostrontium in aqueous samples, using Sr-resin and multi sequential flow ...