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), stipendnummer: PRF # 57216-UNI9, for økonomisk støtte.

1. Hydrat dannelse på vanndråpe i cyklopentan
MERK: Den eksperimentelle prosedyren som er beskrevet nedenfor, er for studiet av hydratdannelse på en vanndråpe i cyklopentan ved hjelp av IMPd og hydratvisualiseringscelle beskrevet i introduksjonen.
<ol><li>Fest en 19 G kanyle til 1 ml glasssprøyte (Figur 2b, C).</li>
	<li>Skyll 1 ml glasssprøyte og 19 G nål 3x med DI-vann.</li>
	<li>Fyll sprøyten med DI-vann.</li>
	<li>Fyll den hydrerende...

<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 artikkelen beskriver vi en eksperimentell teknikk for å studere hydrat krystallisering ved oljevannsgrensesnittet i nærvær av ikke-ioniske overflateaktive stoffer. Apparatet består av et temperaturkontrollsystem og en visualiseringscelle som inkluderer et messingkammer med vinduer, CMOS-kamera og trykktransduser. Temperaturkontrollsystemet består av en mikrokontroller, kraftig Peltier-plate, 120 mm CPU-kjøler som kjøleribbe og en vanntett digital temperatursensor. En hydrat visualisering messing celle ble ...

Insentiv til å forstå mekanismen for hydrerkrystallisering og hemming kommer fra det faktum at hydrater forekommer naturlig i oljerørledninger og kan føre til vanskeligheter i strømningssikring. For eksempel var oljeutslippet i Mexicogolfen1 et resultat av hydrat akkumulering i et undervannsoljerørsystem, noe som forårsaker forurensning til miljøet. Derfor er det avgjørende å forstå hydrerdannelse og hemming for å forhindre fremtidige miljøkatastrofer. Mye av drivkraften for studiet av hydratkrystallisering de siste årene er oljeindustriens innsats for å forhindre hydrat pluggagglomerering og den påfølgende blokkeringen av strømmen. Den første studien for å fastslå at hydrater var ansvarlig for plugget flytlinjer ble gjort av Hammerschmidt i 19342. Til denne dag finner oljeprodusenter det svært viktig å forstå og hemme hydratdannelse for strømningssikring3.
En måte å forhindre hydrerdannelse på er å isolere dypvannsrørledninger slik at isen ikke dannes. Det er imidlertid dyrt å isolere rørledningene tilstrekkelig, og de ekstra kostnadene kan være i størrelsesorden $ 1 million / km3. Termodynamiske hemmere, som metanol, kan injiseres i brønnhoder for å forhindre dannelse av hydrater. Imidlertid er store volumetriske forhold mellom vann og alkohol, så stor som 1:1, nødvendig for å tilstrekkelig forhindre dannelse av hydrater4. Nylig har den globale kostnaden for å bruke metanol for hydratforebygging blitt rapportert som $ 220 millioner / år. Dette er ikke en bærekraftig mengde alkoholbruk5. I tillegg er bruk av metanol problematisk fordi det er miljøfarlig, og kan ikke brukes til storskala transport5. Alternativt kan kinetiske hemmere, som overflateaktive stoffer, undertrykke hydratvekst ved små mengder og temperaturer på opptil 20 °C6. Derfor kan overflateaktivt nærvær redusere den store mengden alkohol som trengs for hydrat forebygging.
Overflateaktive stoffer anses som gode hemmere for hydrat krystallisering på grunn av to hovedgrunner:
1) De kan hemme hydratdannelse gjennom overflateeiendomsendringer; og 2) De i utgangspunktet hjelpe dannelsen av hydratceller, men hindre ytterligere vekst og agglomerering av krystallen ned rørledningen7. Selv om overflateaktive stoffer har vist seg å være effektive hemmere, er det fortsatt en stor mengde informasjon som mangler angående krystalliseringsprosessen i nærvær av tensider. Mens noen studier har vist at bruk av overflateaktive stoffer kan forlenge den første hydratkrystalliseringstiden ved visse underkjølinger, har andre studier funnet unntak ved lave overflateaktive konsentrasjoner. Ved lave overflateaktive konsentrasjoner har vanndråpene en tendens til å samle seg og akselerere prosessen med hydratdannelse8. Inhiberingsprosessen har blitt forklart av overflateaktive molekyler som forstyrrer planarhydratvekst, og tvinger hydreringen til hulkonisk krystalldannelse. De koniske krystallene danner en mekanisk barriere for krystallvekst9, og dermed hemme veksten.
I denne studien designet og implementerte vi en rimelig, integrert modulær Peltier-enhet (IMPd) sammen med en hydratvisualiseringscelle og brukte dem til å studere cyklopentanhydratdannelse i nærvær av ikke-ioniske overflateaktive stoffer. Årsaken til bruk av cyklopentan i stedet for lavmolekylvektgasser (f.eks. CH4 og CO2)som vanligvis danner hydrater i dyphavsreservoarer, er at disse gassene krever høyere trykk og lavere temperaturer for å danne stabile hydrater. Fordi cyklopentan dannes hydrater ved omgivelsestrykk og temperaturer opp til ~ 7,5 ° C, brukes det ofte som modellmateriale for hydrerdannelse10.
Den integrerte modulære Peltier-enheten (IMPd) består av en mikrokontroller med åpen kildekode, Peltier-plate, CPU-kjøler (kjøleribbe) og vanntett digital temperatursensor. Enheten kan levere en maksimal temperaturdifferensial på 68 °C. Minste temperaturoppløsning er 1/16 °C. Hele systemet, inkludert elektriske kretser og maskinvare, kan konstrueres for mindre enn $ 200. Temperatursensoren rapporterer til mikrokontrolleren, som sender utgangssignaler til transistoren. Transistoren sender deretter strømmen fra dc-strømkilden gjennom Peltier-elementet. Kjøleavlederen bidrar til å kjøle peltierelementet ved å konvere varmen som kommer fra den varme siden av Peltier til omgivelsesluften. De monterte maskinvarekomponentene i IMPd-systemet vises i figur 1a,b. Figur 1c viser kablingsskjematisk med alle komponentene i kontrollsløyfen (proporsjonal-integrert-derivat [PID] kontroller) og pin-outs. Utgangsstrømmen til mikrokontrolleren var begrenset med portmotstanden R1 til en maksimal strøm på 23 mA (I = 5 V/220 W). Pull-down motstand R2 i figur 1c gjør at porten lade å spre og å slå av systemet. For å justere PID-kontrolleren, brukes Ziegler-Nichols-baserte metoder kombinert med en iterativ prosess11. Mikrokontroller integrert utviklingsmiljø (IDE) programvare brukes til å overvåke og sende kommandoer til mikrokontrolleren for temperaturregulering.
Sammen med IMPd brukte vi en ny tilnærming ved hjelp av visualiseringsteknikker og interne trykkmålinger. Den hydrerende visualiseringscellen, som er plassert på toppen av IMPd, består av en messingcelle utstyrt med to dobbeltpanerte observasjonsvinduer. Vinduene tillater videoopptak av hydratdannelsesprosessen på vanndråpet i cyclopentane. Det komplementære metalloksidhalvlederkameraet (CMOS) plasseres utenfor vinduet, og trykktransduseren er koblet til vanninjeksjonslinjen for å få de interne trykkmålingene av fallet. En digital transduser applikasjon brukes til å få avlesningene fra trykktransduseren. En kameraviser brukes til å ta videoene og bildene fra CMOS-kameraet. Programvaren styrer eksponerings- og øyeblikksbildefrekvensen. Bildebehandlingsprogrammer brukes til å spore veksten av hydraten. Figur 2a viser en skjematisk beskrivelse av den hydrerende visualiseringscellen, og figur 2b viser en oversikt over hele det eksperimentelle systemet. Frøhydraten (Figur 2a) er nødvendig for konsekvent kjernering og sporing av den hydrerende vekstraten. Frøhydraten er et lite volum (f.eks. 50–100 μL) rent vann avsatt på gulvet i hydratcellen. Etter hvert som temperaturen minker, danner fallet is, som deretter blir til hydrere etter hvert som temperaturen øker. Den lille delen av frøet hydrerer deretter vanndråpet. Denne prosessen styrer initieringen av hydraten i den nedsenkede vanndråpe. Silikatørkemiddel settes inn i gapet mellom de to glasslysbildene (figur 2c), som fungerer som visningsvinduer. Silikatørkemiddelet bidrar til å redusere mengden glasur og tåkete på vinduene. Anti-tåke påføres også det ytre vinduet for å redusere tåke. Bilder tas med et CMOS-kamera og et 28–90 mm objektiv. En 150 W fiberoptisk gås-hals lampe brukes til belysning. Et akryldeksel er plassert på toppen av messingcellen for å begrense fordampning av cyklopentan. Vvs består av en kombinasjon av fleksibel polytetrafluoretylen (PTFE) rør og stive messingrør. En sprøytepumpe med en 1 ml glasssprøyte og en 19 G nål styrer vannstrømmen og overflateaktivt middeloppløsning. En trykktransduser overvåker trykkendringene inne i vannoverflateaktivt løsningsfall. 19 G PTFE-slangen kobler sprøyten til T-monteringen og 1/16 tommer (1,588 mm) messingrør kobler svingeren og messingkroken til T-monteringen (figur 2d). En messingkrok, ca. 5 cm lang med en 180° bøy, genererer vann/overflateaktivt løsningsdråpe. Bøyen sikrer at dråpen som genereres av sprøyten sitter på toppen av røret gjennom hele eksperimentet. En 1/16 i. rustfritt stål T-montering i forbindelse med PTFE knuse ferrules og PTFE tråd tape forsegle beslag.
Ved hjelp av dette apparatet undersøkte vi fire forskjellige ikke-ioniske overflateaktive stoffer med forskjellige hydrofile lipofile balanserer (HLB) som ofte brukes i oljeindustrien: sorbitan monolaurate, sorbitan monooleat, PEG-PPG-PEG og polyokyetylensorbitan 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 introduserer en tilnærming til å studere dannelsen og veksten av hydrater under påvirkning av ikke-ioniske tensider. Det eksperimentelle systemet inkluderer en temperaturregulator, visualiseringsteknikker og indre trykkmålinger. Temperaturkontrollsystemet inneholder en rimelig, programmerbar temperaturregulator laget med Solid-state Peltier-komponenter. Sammen med temperaturkontrollsystemet inkorporerte vi visualiseringsteknikker og interne trykkmålinger for å studere hydrat dannelse og hemming i nærvær av ikke-ioniske tensider. Vi studerte den hydrat-hemmende evnen til nonioniske overflateaktive stoffer (sorbitan monolaurate, sorbitanmonooleat, PEG-PPG-PEG og polyoksytylensorbitan tristearate) ved lave (dvs. 0,1 CMC), medium (dvs. CMC) og høye (dvs. 10 CMC) konsentrasjoner. To typer krystaller ble dannet: planar og konisk. Planarkrystaller ble dannet i rent vann og lave overflateaktive konsentrasjoner. Koniske krystaller ble dannet i høye overflateaktive konsentrasjoner. Resultatene av studien viser at koniske krystaller er de mest effektive når det gjelder hydrat hemming. Fordi koniske krystaller ikke kan vokse forbi en viss størrelse, er den hydrerende veksten som en konisk krystall langsommere enn den hydrerende veksten som planarkrystall. Derfor er overflateaktive stoffer som tvinger hydrater til å danne koniske krystaller de mest effektive. Målet med protokollen er å gi en detaljert beskrivelse av et eksperimentelt system som er i stand til å undersøke cyklopentanhydratkrystalliseringsprosessen på overflaten av en vanndråpe i nærvær av overflateaktive molekyler.

Ved hjelp av dette eksperimentelle systemet kan man undersøke hydratformasjonen ved oljevannsgrensesnittet og måle det interfaciale stresset forbundet med krystalliseringsprosessen. Figur 6 viser et representativt sett med resultater som inkluderer både krystalldannelse og interfacial stress. I planar shell vekst (Figur 6a),krystallen vokste fra de to polene mot ekvator. Av den grunn, i planarkrystallen, vokste det hydrerende skallet hele tid...

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 presenterer en protokoll for å studere dannelsen av hydrater i nærvær av ikke-ioniske tensider på grensesnittet til en vanndråpe nedsenket i cyklopentan. Protokollen består av å bygge en rimelig, programmerbar, temperaturregulator. Temperaturkontrollsystemet kombineres med visualiseringsteknikker og interne trykkmålinger.

Studere overflateaktive effekter på hydratkrystallisering ved oljevanngrensesnitt ved hjelp av en rimelig integrert modulær peltier-enhet

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

Protokollen gjelder for å studere effekten av overflateaktive hemmere på hydrere krystaller. Det gir informasjon om både typen krystall og mekanismen for hemming. Fest en 19 gauge nål til en en en milliliter glasssprøyte.Skyll nålen og sprøyten tre ganger med avionisert vann og fyll deretter sprøyten med ionisert vann. Fyll deretterhydratvisualiseringscellen med 25 milliliter cyklopentan. Bruk sprøyten til å sette inn en dråpe avionisert vann på bunnen av den hydrerte visualiseringscellen.Denne vanndråpen er frøhydratet. Plasser deretter temperatursensoren inne i den hydrerte visualiseringscellen nær bunnen av cellen. For å forhindre fordampning av cyklopentanen, sett akryldekselet på cellen og skru dekselet på plass.Juster lysene og kameraet for å fokusere på frøhydratet. Bruk temperaturkontrollenheten til å sette temperaturen på Peltier-platen til negative fem grader Celsius. Overvåk verdiene som rapporteres fra temperatursensoren.Når temperaturen når negative fem grader Celsius, sørg for at frøhydratet på bunnen av fuktighetsvisualiseringskammeret blir til is. Sett temperaturen på Peltier-platen til to grader Celsius i trinn på 0,5 grader Celsius. Når temperaturen når to grader Celsius, fyll vvs med vann ved hjelp av sprøyten.Senk deretter messingkroken ned i cyklopentanen og la den likevekte i fem minutter. Bruk programvaren for trykktransduseren til å trykke på Start-knappen for å starte de digitale transduseropptakene. Koble sprøyten til sprøytepumpen, sett sprøytepumpen til å injisere et volum på to mikroliter og aktivere den.Sprøyten vil stupe vannet inn i cyclopentane badet for å danne en nedsenket vanndråpe. Bruk en nålespiss til å fjerne et lite stykke frøhydrat. Ta nålespissen med frøhydratet i kort kontakt med vanndråpen for å initiere dannelsen av fuktigheten.Trykk på Start opptak på kameraopptaksprogramvaren. Ta opp bilder av krystalliseringsprosessen hos en Hertz. For å finne den kritiske micellekonsentrasjonen, begynn med å forberede standardløsninger som beskrevet i manuskriptet.For å måle overflatespenningen til hver overflateaktive løsning ved hjelp av stalagmometrymetoden, programmer pumpen til å utvise en milliliter oppløsning med en hastighet på 0,5 milliliter per minutt. Plasser sprøytepumpen og sprøyten vertikalt og slipp dråpene ut i luften. Telle antall dråper og dele en milliliter med antall dråper for å finne slippvolumet.For hver løsning, beregn overflatespenningen som beskrevet i manuskriptet og plott overflatespenningen som en funksjon av overflateaktivt konsentrasjon. Konsentrasjonen der overflatespenningskurven flater ut er CMC, den kritiske micellekonsentrasjonen. Gjenta prosedyren som brukes til å måle hydratdannelse på en vanndråpe, men bruk overflateaktive løsninger av ulike konsentrasjoner.Bruk bildebehandlingsprogramvare til å åpne det første bildet i sekvensen av krystalliseringsprosessen. Bruk lengdeverktøyet i programvaren for å måle diameteren på messingrøret i bildet. Sett skalaen i bildet basert på den kjente diameteren på messingrøret, en sekstende av en tomme.Velg 10 like avstandsbilder, som fanger prosessen fra kjernering til dråpekonvertering. For hvert bilde bruker du programvaren til å registrere konturen av dråpen manuelt og markere konturen i rødt. Deretter sporer du konturen av hydrering manuelt og fyller konturen med svart.Kameraet fanger bare 2D-projeksjonen av den sfæriske dråpen. Bruk matematisk modelleringsprogramvare til å danne en 3D-rekonstruksjon av dråpen og overflatearealet dekket av fuktigheten. Ved hjelp av dette eksperimentelle systemet kan man undersøke hydreringsdannelse ved oljevannsgrensesnittet og måle det interfaciale stresset forbundet med krystalliseringsprosessen.I rent vann og lave overflateaktive konsentrasjoner dannet hydrering en planar skallmorfologi, som vokste konstant fra de to polene mot ekvator. Etter hvert som fuktigheten vokste, okkuperte samme antall overflateaktive molekyler et mindre område, noe som resulterte i redusert interfacial stress over tid. I høye overflateaktive konsentrasjoner vokste fuktigheten som en konisk krystall.Da krystallen ble stor nok, brøt en del av kjeglen fri fra dråpeoverflaten. Dette vekstmønsteret skjedde om og om igjen på en svingende måte. Etter at den koniske krystallen nådde en kritisk størrelse og løsnet fra dråpens overflate, forårsaket den plutselige økningen i den tilgjengelige overflaten for overflateaktive molekyler en økning i interfacial stress.En krystall begynte deretter å vokse igjen, noe som ga et svingningsmønster. De fleste overflateaktive løsninger hemmet hydrere vekst sammenlignet med rent vann. En høy konsentrasjon av polyoksyetylensorbitan tristereate var den mest effektive hemmeren.Dette systemet kan gi informasjon om hvorfor noen overflateaktive stoffer hemmer bedre enn andre. Systemet kan også brukes til å studere den generelle dannelsen av krystaller på grensesnitt.

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

Covalent Binding av BMP-2 på overflater Bruke en Self-montert med ett lag 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

Utarbeidelse av Carbon Nanosheets ved romtemperatur

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

Rapid Høy throughput Arter Identifikasjon av Botanisk Material Bruke direkte 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

Sedimentkjerne Extrusion Method på Millimeter oppløsning ved hjelp av en kalibrert, Gjenget-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, billig og robust system for å måle volumet av Hydrogen Evolved ved kjemiske reaksjoner med vannløsninger

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 Separasjon ved Selektiv Krystallisering 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

Grønn og lavkost produksjon av termisk stabil og carboxylated Cellulose nanokrystaller og Nanofibrils Bruke svært gjenvinnbar dikarboksylsyrer

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

Overvåke effekten av lys på strukturen i konjugert Polymer Gels med Neutron spredning

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 av en Thiol byggestein for krystallisering av en Semiconducting Gyroidal Metal-svovel-ramme

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

Automatisert 90Sr separasjon og Preconcentration i en Lab-på-ventilen systemet på Ppq nivå

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