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

Forfatterne takker American Chemical Society - Petroleum Research Fund (ACS - PFR), tilskud nummer: PRF # 57216-UNI9, for finansiel støtte.

1. Hydrat dannelse på vanddråbe i cyclopentane
BEMÆRK: Den eksperimentelle procedure, der er beskrevet nedenfor, er til undersøgelse af hydratdannelse på en vanddråbe i cyclopentan ved hjælp af IMPd og hydratvisualiseringscellen, der er beskrevet i indledningen.
<ol><li>Fastgør en 19 G nål til 1 ml glassprøjte (Figur 2b, C).</li>
	<li>Skyl 1 ml glassprøjten og 19 G nålen 3x med DI-vand.</li>
	<li>Fyld sprøjten med DI-vand.</li>
	<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>

I denne artikel beskriver vi en eksperimentel teknik til at studere hydrat krystallisering på olie-vand interface i overværelse af nonionic overfladeaktive stoffer. Apparatet består af et temperaturstyringssystem og en visualiseringscelle, der omfatter et messingkammer med vinduer, CMOS-kamera og tryktransducer. Temperaturstyringssystemet består af en mikrocontroller, kraftig Peltier plade, 120 mm CPU køler som kølepladen, og en vandtæt digital temperatursensor. En hydrat visualisering messing celle blev designet ...

Incitamentet til at forstå mekanismen for hydrat krystallisering og hæmning kommer fra det faktum, at hydrater forekommer naturligt i olierørledninger og kan resultere i vanskeligheder i flow sikkerhed. For eksempel var 2010 Gulf of Mexico olieudslip1 et resultat af hydrat ophobning i en undersøisk olierør system, forårsager forurening af miljøet. Derfor er forståelse af hydratdannelse og hæmning afgørende for at forhindre fremtidige miljøkatastrofer. Meget af drivkraften for studiet af hydrat krystallisering i de seneste år er olieindustriens indsats for at forhindre hydrat plug agglomeration og den efterfølgende blokering af flow. Den første undersøgelse for at fastslå, at hydrater var ansvarlige for tilsluttet flowlines blev udført af Hammerschmidt i 19342. Den dag i dag finder olieproducenterne det meget vigtigt at forstå og hæmme hydratdannelse for flowsikring3.
En måde at forhindre hydrat dannelse er at isolere dybtvandledninger, så isen ikke form. Men det er dyrt at i tilstrækkelig grad isolere rørledningerne, og de ekstra omkostninger kan være i størrelsesordenen $ 1 million /km3. Termodynamiske hæmmere, såsom methanol, kan injiceres i brøndhoveder for at forhindre dannelsen af hydrater. Men, store volumetriske forhold af vand til alkohol, så stor som 1:1, er nødvendige for at tilstrækkeligt forhindre dannelsen af hydrater4. For nylig, de globale omkostninger til at bruge methanol til hydrat forebyggelse er blevet rapporteret som 220 millioner dollars om året. Dette er ikke en bæredygtig mængde af alkoholforbrug5. Desuden er brugen af methanol problematisk, fordi den er miljøfarlig og ikke kan anvendes til storstilet transport5. Alternativt kan kinetiske hæmmere, såsom overfladeaktive stoffer, undertrykke hydratvækst ved små mængder og temperaturer på op til 20 °C6. Derfor kan overfladeaktive tilstedeværelse reducere den store mængde alkohol er nødvendige for hydrat forebyggelse.
Overfladeaktive stoffer betragtes som gode hæmmere til hydrat krystallisering på grund af to hovedårsager:
1) De kan hæmme hydrat dannelse gennem overflade ejendom ændringer; og 2) De i første omgang hjælpe dannelsen af hydratceller, men forhindre yderligere vækst og agglomeration af krystal ned rørledningen7. Selv om overfladeaktive stoffer har vist sig at være effektive hæmmere, mangler der stadig en stor mængde information om krystalliseringsprocessen i overværelse af overfladeaktive stoffer. Mens nogle undersøgelser har vist, at brugen af overfladeaktive stoffer kan forlænge den indledende hydrat krystallisering tid på visse underkøling, andre undersøgelser har fundet undtagelser ved lave overfladeaktive koncentrationer. Ved lave overfladeaktive koncentrationer har vanddråberne tendens til at smelte sammen og fremskynde processen med hydratdannelse8. Hæmningsprocessen er blevet forklaret ved overfladeaktive molekyler, der afbryder planhydratvækst, hvilket tvinger hydraten ind i hulkonisk krystaldannelse. De koniske krystaller danner en mekanisk barriere for krystalvækst9og hæmmer dermed væksten.
I denne undersøgelse har vi designet og implementeret en billig, integreret modulær Peltier enhed (IMPd) sammen med en hydrat visualisering celle og brugte dem til at studere cyclopentan hydrat dannelse i overværelse af nonionic overfladeaktive stoffer. Grunden til at bruge cyclopentan i stedet for gasser med lav molekylvægt (f.eks. CH4 og CO2),der normalt danner hydrater i dybhavsreservoirer, er, at disse gasser kræver højere tryk og lavere temperaturer for at danne stabile hydrater. Da cyclopentan dannes fugter ved omgivelsestryk og temperaturer op til ~7,5 °C, bruges det ofte som modelmateriale til hydratdannelse10.
Den integrerede modulære Peltier-enhed (IMPd) består af en open source mikrocontroller, Peltier plade, CPU køler (køleplade) og vandtæt digital temperatursensor. Enheden kan levere en maksimal temperaturforskel på 68 °C. Den mindste temperaturopløsning er 1/16 °C. Hele systemet, herunder de elektriske kredsløb og hardware, kan konstrueres for mindre end $ 200. Temperaturføleren rapporterer til mikrocontrolleren, som sender udgangssignaler til transistoren. Transistoren passerer derefter strøm fra DC-strømkilden gennem Peltier-elementet. Kølepladen hjælper med at afkøle Peltier-elementet ved at konvekster varmen fra peltierens varme side til den omgivende luft. De samlede hardwarekomponenter i IMPd-systemet er vist i figur 1a,b. Figur 1c viser ledningsføringsskemaet med alle komponenterne i kontrolsløjfen (proportional-integral-derivative [PID] controller) og pin-outs. Mikrocontrollerens udgangsstrøm var begrænset med portmodstanden R1 til en maksimal strøm på 23 mA (I = 5 V/220 W). Rullegardoren R2 i figur 1c gør det muligt for portladningen at sprede sig og slukke for systemet. For at indstille PID controller, Ziegler-Nichols baserede metoder kombineret med en iterativ proces anvendes11. Microcontroller integreret udviklingsmiljø (IDE) software bruges til at overvåge og sende kommandoer til microcontroller for temperatur regulering.
Sammen med IMPd anvendte vi en ny tilgang ved hjælp af visualiseringsteknikker og interne trykmålinger. Den hydrat visualisering celle, som er placeret på toppen af IMPd, består af en messing celle udstyret med to dobbelt-paned observation vinduer. Vinduerne tillader videooptagelse af hydratdannelsesprocessen på vanddråbei cyclopentan. Cmos-kameraet (complementary metal-oxide semiconductor) placeres uden for vinduet, og tryktransduceren er tilsluttet vandindsprøjtningslinjen for at få de indvendige trykmålinger af dråben. En digital transducer applikation bruges til at få aflæsningerfra tryktransduceren. En kamerafremviser bruges til at optage videoer og billeder fra CMOS-kameraet. Softwaren styrer eksponering og snapshot frekvens. Billedbehandling software programmer bruges til at spore væksten af hydrat. Figur 2a viser en skematisk beskrivelse af hydratvisualiseringscellen, og figur 2b viser en oversigt over hele forsøgssystemet. Frøhydraten (figur 2a) er nødvendig for ensartet kernedannelse og sporing af den hydrate vækstrate. Frøhydraten er et lille volumen (f.eks. 50-100 μL) rent vand, der aflejres på gulvet i hydratcellen. Som temperaturen falder, dråben danner is, som derefter bliver til at fugte som temperaturen stiger. Det lille stykke af frøet hydrat derefter kontakter vanddråbe. Denne proces styrer initieringen af hydraten i den neddykkede vanddråbe. Silicatørremiddel indsættes i mellemrummet mellem de to glasglas (Figur 2c), der tjener som vinduer. Silicatørremidlet hjælper med at reducere mængden af frosting og dug på vinduerne. Anti-tåge påføres også det ydre vindue for at reducere dug. Billeder er taget med et CMOS-kamera og en 28-90 mm linse. En 150 W fiberoptisk gåsehalslampe bruges til belysning. En akryl dække er placeret på toppen af messing celle for at begrænse fordampning af cyclopentan. VVS består af en kombination af fleksible polytetrafluorethylen (PTFE) slanger og stive messing slanger. En sprøjtepumpe med en 1 ml glassprøjte og en 19 G nål styrer strømmen af vand og overfladeaktivt stof. En tryktransducer overvåger trykændringer inde i vandoverfladeaktivt opløsningsdråbe. 19 G PTFE-slange forbinder sprøjten med T-monteringen og 1/16 in. (1.588 mm) messingslange forbinder transduceren og messingkrogen med T-monteringen (figur 2d). En messing krog, ca 5 cm i længden med en 180 ° bøje, genererer vand / overfladeaktivt middel opløsning dråbe. Bøjningen sikrer, at den dråbe, der genereres af sprøjten, sidder oven på røret gennem hele forsøget. En 1/16 i. T-montering i rustfrit stål i forbindelse med PTFE knuse ferrules og PTFE trådbånd forseglefittings.
Ved hjælp af dette apparat undersøgte vi fire forskellige nonioniske overfladeaktive stoffer med forskellige hydrofile-lipofile balancer (HLB), der er almindeligt anvendt i olieindustrien: sorbitane monolaurat, sorbitane monooleat, PEG-PPG-PEG, og polyoxyethylenorbitan tristearate.

<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

Vi introducerer en tilgang til at studere dannelsen og væksten af hydrater under indflydelse af nonioniske overfladeaktive stoffer. Forsøgssystemet omfatter en temperaturregulator, visualiseringsteknikker og målinger af det indre tryk. Temperaturstyringssystemet indeholder en billig, programmerbar temperaturregulator lavet med solid-state Peltier komponenter. Sammen med temperaturkontrolsystemet inkorporerede vi visualiseringsteknikker og interne trykmålinger for at studere hydratdannelse og hæmning i nærvær af nonioniske overfladeaktive stoffer. Vi undersøgte nonioniske overfladeaktive stoffers hydrathæmmende evne (sorbitane monolaurate, sorbitanemonooleat, PEG-PPG-PEG og polyoxyethylenesorbitantristearate) ved lave (dvs. 0,1 CMC), medium (dvs. CMC) og høje (dvs. 10 CMC) koncentrationer. To typer af krystaller blev dannet: planar og konisk. Planar krystaller blev dannet i almindeligt vand og lave overfladeaktive koncentrationer. Koniske krystaller blev dannet i høje overfladeaktive koncentrationer. Resultaterne af undersøgelsen viser, at koniske krystaller er de mest effektive med hensyn til hydrathæmning. Fordi koniske krystaller ikke kan vokse forbi en vis størrelse, den hydrate vækstrate som en konisk krystal er langsommere end den hydrate vækstrate som plankrystal. Derfor, overfladeaktive stoffer, der tvinger hydrater til at danne koniske krystaller er de mest effektive. Målet med protokollen er at give en detaljeret beskrivelse af et eksperimentelt system, der er i stand til at undersøge cyclopentan hydrat krystallisering proces på overfladen af en vanddråbe i overværelse af overfladeaktive molekyler.

Ved hjælp af dette eksperimentelle system kan man undersøge den hydrate dannelse på olie-vand interface og måle interfacial stress forbundet med krystallisering proces. Figur 6 viser et repræsentativt sæt af resultater, der omfatter både krystal dannelse og interfacial stress. I planarskallen vækst (Figur 6a), krystal voksede fra de to poler mod ækvator. Af denne grund, i planar krystal, den hydrate shell voksede konstant. I rene vand- ...

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

Vi præsenterer en protokol til at studere dannelsen af hydrater i overværelse af nonionic overfladeaktive stoffer på grænsefladen af en vanddråbe nedsænket i cyclopentan. Protokollen består i at opbygge en billig, programmerbar, temperatur regulator. Temperaturstyringssystemet kombineres med visualiseringsteknikker og interne trykmålinger.

Undersøgelse af overfladeaktive virkninger på hydratkrystallisering på olie-vand grænseflader ved hjælp af en billig integreret modular peltier enhed

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

Protokollen anvendes ved undersøgelse af virkningen af overfladeaktive stoffer på hydratkrystaller. Det giver oplysninger om både typen af krystal og mekanismen for hæmning. Fastgør en 19 gauge nål til en en milliliter glas sprøjte.Skyl kanylen og sprøjten tre gange med deioniseret vand, og fyld derefter sprøjten med deioniseret vand. Dernæst fylde hydrat visualiseringscellen med 25 milliliter cyklopædi. Ved hjælp af sprøjten skal du indsætte en dråbe deioniseret vand i bunden af hydratvisualiseringscellen.Denne vanddråbe er frøhydrat. Placer derefter temperatursensoren inde i hydratvisualiseringscellen tæt på bunden af cellen. For at forhindre fordampning af cyclopentan, sætte akryl dække på cellen og skrue dækslet på plads.Juster lysene og kameraet for at fokusere på frøhydraten. Ved hjælp af temperaturkontrolanordningen skal du indstille temperaturen på Peltier-pladen til negative fem grader Celsius. Overvåg de værdier, der rapporteres fra temperaturføleren.Når temperaturen når negative fem grader Celsius, sørg for frøhydrat i bunden af hydrat visualisering kammer bliver til is. Indstil temperaturen af Peltier pladen til to grader Celsius i intervaller på 0,5 grader Celsius. Når temperaturen når to grader Celsius, fylde VVS med vand ved hjælp af sprøjten.Derefter sænke messing krog i cyclopentan og lad det equilibrate i fem minutter. Brug softwaren til tryktransduceren ved at trykke på knappen Start for at starte de digitale transduceroptagelser. Tilslut sprøjten til sprøjtepumpen, indstil sprøjtepumpen til at injicere et volumen på to mikroliter og aktiver den.Sprøjten vil kaste vandet ind i cyclopentanbadet for at danne en neddykket vanddråbe. Brug en nålspids til at fjerne et lille stykke af frøhydraten. Bring nålespidsen med det stykke frøhydrat i kort kontakt med vanddråben for at starte dannelsen af hydrat.Tryk på Start optagelse på kameraoptagelsessoftwaren. Optag billeder af krystalliseringsprocessen på en Hertz. For at finde den kritiske micelle koncentration, begynde med at forberede standard løsninger som beskrevet i manuskriptet.For at måle overfladespændingen for hver overfladeaktiv opløsning ved hjælp af stalagmometrimetoden programmerer pumpen for at udvise en milliliter opløsning med en hastighed på 0,5 milliliter pr. minut. Anvend sprøjtepumpen og sprøjten lodret, og slip dråberne op i luften. Tæl antallet af dråber, og divider en milliliter med antallet af dråber for at finde faldvolumen.For hver opløsning beregnes overfladespændingen som beskrevet i manuskriptet, og overfladespændingen afbildes som en funktion af overfladeaktiv koncentration. Den koncentration, hvor overfladen spændingskurve flader er CMC, den kritiske micelle koncentration. Gentag den procedure, der anvendes til at måle hydratdannelse på en vanddråbe, men brug overfladeaktive opløsninger i forskellige koncentrationer.Brug billedbehandlingssoftware til at åbne det første billede i rækkefølgen af krystalliseringsprocessen. Brug længdeværktøjet i softwaren til at måle diameteren af messingrøret i billedet. Indstil skalaen i billedet baseret på den kendte diameter af messing rør, en sekstendedel af en tomme.Vælg 10 billeder med lige stor afstand, som tager processen fra kernedannelse til dråbekonvertering. For hvert billede skal du bruge softwaren til manuelt at registrere dråbens kontur og markere konturen med rødt. Derefter spores hydratens kontur manuelt, og fyld konturen med sort.Kameraet fanger kun 2D-projektionen af den sfæriske dråbe. Brug matematisk modellering software til at danne en 3D rekonstruktion af dråben og det overfladeareal, der er omfattet af hydrat. Ved hjælp af dette eksperimentelle system kan man undersøge hydratdannelsen ved olievandsgrænsefladen og måle det interfaciale stress, der er forbundet med krystalliseringsprocessen.I rent vand og lave overfladeaktive koncentrationer dannede hydratet en planar shell morfologi, der voksede med konstant hastighed fra de to poler mod ækvator. Efterhånden som hydraten voksede, besatte det samme antal overfladeaktive molekyler et mindre område, hvilket resulterede i nedsat interfacial stress over tid. I høje overfladeaktive koncentrationer voksede hydratet som en konisk krystal.Da krystallen blev stor nok, brød en del af keglen fri fra dråbeoverfladen. Dette vækstmønster skete igen og igen på en oscillerende måde. Efter at den koniske krystal nåede en kritisk størrelse og løsrevet fra dråbens overflade, forårsagede den pludselige stigning i den tilgængelige overflade for overfladeaktive molekyler en stigning i den interfaciale stress.En krystal begyndte derefter at vokse igen, hvilket gav et oscillerende mønster. De fleste overfladeaktive opløsninger hæmmede hydratvækst sammenlignet med rent vand. En høj koncentration af polyoxyethylen sorbitan tristereate var den mest effektive hæmmer.Dette system kan give oplysninger om, hvorfor nogle overfladeaktive stoffer hæmmer hydrater bedre end andre. Systemet kan også bruges til at studere den generelle dannelse af krystaller på grænseflader.

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

Kovalent binding af BMP-2 på overflader med en selv-samlet monolag Approach

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

Udarbejdelse af Carbon Nanosheets ved stuetemperatur

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

Hurtig High-throughput Arter Identifikation af Botanisk Materiale Brug Direct Analyse i Real Time High Resolution massespektrometri

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

Sediment Core Ekstrudering metoden ved Millimeter Resolution hjælp af en kalibreret, gevind-stang

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

En enkel, Lavprisselskaber og robust system til at måle volumen af ​​Hydrogen Evolved af kemiske reaktioner med vandige opløsninger

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

Sulfat Separation ved selektiv krystallisation med en Bis-iminoguanidinium ligand

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

Grøn og billig produktion af termisk stabil og carboxylerede Cellulose Nanokrystaller og Nanofibrils Brug Meget Genanvendelig dicarboxylsyrer

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

Overvågning af virkningerne af belysning af konjugeret Polymer geler ved hjælp af Neutron Scattering struktur

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

Syntese af en Thiol byggesten for krystallisering af halvledende Gyroidal Metal-svovl rammer

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

Automatiseret 90Sr adskillelse og Preconcentration i et Lab på ventil System på Ppq niveau

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