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

Författarna tackar American Chemical Society - Petroleum Research Fund (ACS - PFR), bidragsnummer: PRF # 57216-UNI9, för ekonomiskt stöd.

1. Hydratbildning på vattendroppe i cyklopentan
OBS: Det experimentella förfarande som beskrivs nedan är för studier av hydratbildning på en vattendroppe i cyklopentan med hjälp av IMPd och hydrat visualisering cell som beskrivs i inledningen.
<ol><li>Fäst en 19 G-nål på 1 ml-glasssprutan (bild 2b, C).</li>
	<li>Skölj sprutan på 1 ml glas och 19 G nål 3x med DI-vatten.</li>
	<li>Fyll sprutan med DI-vatten.</li>
	<li>Fyll hydratvisual...

<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 den här artikeln beskriver vi en experimentell teknik för att studera hydratkristallisering vid olje-vatten gränssnittet i närvaro av icke-joniska ytaktiva ämnen. Apparaten består av ett temperaturkontrollsystem och en visualiseringscell som innehåller en mässingskammare med fönster, CMOS-kamera och tryckgivare. Temperaturkontrollsystemet består av en mikrokontroller, kraftfull Peltier platta, 120 mm CPU-kylare som kylfläns, och en vattentät digital temperatursensor. En hydrat visualisering mässing cell ut...

Incitamentet att förstå mekanismen för hydratkristallisering och hämning kommer från det faktum att hydrater förekommer naturligt i oljeledningar och kan resultera i svårigheter i flödessäkring. Till exempel var 2010 Mexikanska golfen oljeutsläpp1 ett resultat av hydratansamling i ett undervattensoljerör system, orsakar föroreningar till miljön. Därför är förståelsen för hydratbildning och hämning avgörande för att förhindra framtida miljökatastrofer. Mycket av drivkraften för studier av hydratkristallisering under de senaste åren är oljeindustrins ansträngningar att förhindra hydratplugga gytter och den efterföljande blockeringen av flödet. Den första studien för att fastställa att hydrater var ansvariga för pluggade flowlines gjordes av Hammerschmidt 19342. Till denna dag, oljeproducenter tycker att det är mycket viktigt att förstå och hämma hydratbildning för flödesförsäkring3.
Ett sätt att förhindra hydratbildning är att isolera djupvattenledningar så att isen inte bildas. Det är dock dyrt att tillräckligt isolera rörledningarna, och de extra kostnaderna kan vara i den ordning som $ 1 miljon / km3. Termodynamiska hämmare, såsom metanol, kan injiceras i brunnshuvuden för att förhindra bildandet av hydrater. Emellertid, stora volymetriska förhållanden av vatten till alkohol, så stor som 1:1, behövs för att på lämpligt sätt förhindra bildandet av hydrater4. Nyligen har den globala kostnaden för att använda metanol för hydrat förebyggande rapporterats som $ 220 miljoner / år. Detta är inte en hållbar mängd alkoholanvändning5. Dessutom är användningen av metanol problematisk eftersom den är miljöfarlig och inte kan användas för storskaliga transporter5. Alternativt kan kinetiska hämmare, såsom ytaktiva ämnen, undertrycka hydrattillväxt vid små mängder och temperaturer på upp till 20 °C6. Därför kan ytaktiv närvaro minska den stora mängden alkoholer som behövs för hydrat förebyggande.
Ytaktiva ämnen anses vara bra hämmare för hydratkristallisering på grund av två huvudsakliga skäl:
1) De kan hämma hydratbildning genom förändringar ytegenskap; och 2) De hjälper inledningsvis bildandet av hydratceller men förhindra ytterligare tillväxt och tätbebyggelse av kristallen ner rörledningen7. Även om ytaktiva ämnen har visat sig vara effektiva hämmare, det finns fortfarande en stor mängd information som saknas om kristalliseringsprocessen i närvaro av ytaktiva ämnen. Medan vissa studier har visat att användningen av ytaktiva ämnen kan förlänga den ursprungliga hydratkristalliseringstiden vid vissa underkylningar, har andra studier funnit undantag vid låga ytaktiva koncentrationer. Vid låga ytaktiva koncentrationer tenderar vattendropparna att smälta samman och påskynda processen för hydratbildning8. Hämningsprocessen har förklarats av ytaktiva molekyler som avbryter hyvlingshydrattillväxt, vilket tvingar hydratn till ihålig konisk kristallbildning. De koniska kristallerna bildar en mekanisk barriär för kristalltillväxt9, och därmed hämma tillväxten.
I denna studie designade och implementerade vi en billig, integrerad modulär Peltier-enhet (IMPd) tillsammans med en återfuktande visualiseringscell och använde dem för att studera cyklopentanhydratbildning i närvaro av icke joniska ytaktiva ämnen. Anledningen till att använda cyklopentan i stället för gaser4 med låg2molekylvikt (t.ex. Eftersom cyklopentan bildar hydrater vid omgivningstryck och temperaturer upp till ~7,5 °C används det ofta som modellmaterial för hydratbildning10.
Den integrerade modulära Peltier enheten (IMPd) består av en öppen källkod mikrokontroller, Peltier platta, CPU-kylare (kylfläns), och vattentät digital temperatursensor. Enheten kan leverera en maximal temperaturskillnad på 68 °C. Den lägsta temperaturupplösningen är 1/16 °C. Hela systemet, inklusive elektriska kretsar och hårdvara, kan konstrueras för mindre än $ 200. Temperatursensorn rapporterar till mikrokontrollern, som skickar utsignaler till transistorn. Transistorn passerar sedan ström från DC-kraftkällan genom Peltier-elementet. Kylflänsen hjälper till att kyla Peltier-elementet genom att konvektera värmen som kommer från den varma sidan av Peltier till den omgivande luften. De monterade maskinvarukomponenterna i IMPD-systemet visas i figur 1a,b. Figur 1c visar ledningarna schematiska med alla komponenter i styrslingan (proportionell-integral-derivat [PID] controller) och pin-outs. Utströmmen för mikrokontrollern begränsades med grindmotståndet R1 till en maximal ström på 23 mA (I = 5 V/220 W). Pull-down-motstånd R2 i figur 1c gör att grindladdningen kan försvinna och stänga av systemet. För att ställa in PID controller, Ziegler-Nichols baserade metoder i kombination med en iterativ process används11. Mikrokontroller integrerad utvecklingsmiljö (IDE) programvara används för att övervaka och skicka kommandon till mikrokontroller för temperaturreglering.
Tillsammans med IMPd tillämpade vi en ny metod med visualiseringstekniker och interna tryckmätningar. Den återfuktande visualiseringscellen, som placeras ovanpå IMPd, består av en mässingscell utrustad med två dubbelpanorerade observationsfönster. Fönstren tillåter videoinspelning av hydratbildningsprocessen på vattendroppen i cyklopentan. Den kompletterande halvledarkameran med metalloxid (CMOS) placeras utanför fönstret och tryckgivaren är ansluten till vatteninsprutningsledningen för att få de interna tryckmätningarna av droppen. En digital givare ansökan används för att få avläsningar från tryckgivaren. En kameravisare används för att fånga videor och bilder från CMOS-kameran. Programvaran styr exponeringen och ögonblicksbildfrekvensen. Bildbehandlingsprogram används för att spåra tillväxten av hydratet. Figur 2a visar en schematisk beskrivning av hydratvisualiseringscellen och figur 2b visar en översikt över hela det experimentella systemet. Fröhydratn (figur 2a) krävs för konsekvent kärnbildning och spårning av hydrattillväxthastigheten. Fröhydratet är en liten volym (t.ex. 50–100 μl) rent vatten som deponerats på hydratcellens golv. När temperaturen sjunker bildar droppen is, som sedan vrids till hydrat när temperaturen ökar. Den lilla biten av fröhydratn kommer sedan i kontakt med vattendroppen. Denna process styr initieringen av hydratet i den nedsänkta vattendroppe. Kiseldioxid torkmedel sätts in i gapet mellan de två glasglas (figur 2c), som fungerar som visning fönster. Den kiseldioxid torkmedel hjälper till att minska mängden glasyr och imma på fönstren. Anti-fog appliceras också på det yttre fönstret för att minska imma. Bilder fångas med en CMOS-kamera och en 28–90 mm lins. En 150 W fiberoptisk gåshalslampa används för belysning. Ett akryllock placeras ovanpå mässingscellen för att begränsa avdunstningen av cyklopentan. VVS består av en kombination av flexibla polytetrafluoreten (PTFE) slangar och styv mässing slang. En sprutpump med en 1 ml glasspruta och en 19 G nål styr flödet av vatten och ytaktiv lösning. En tryckgivare övervakar tryckförändringarna inuti vattensyvlarlösningsdroppen. 19 G PTFE-slangen ansluter sprutan till T-monteringen och 1/16 tum (1,588 mm) mässingsslangen förbinder givaren och mässingskroken med T-fästet (figur 2d). En mässing krok, ca 5 cm i längd med en 180 ° böj, genererar vatten / ytaktiva lösning droppe. Böjen säkerställer att droppen som genereras av sprutan sitter ovanpå röret under hela experimentet. En 1/16 in. rostfritt stål T-montering i samband med PTFE krossa ferrules och PTFE gängtejp täta beslag.
Med hjälp av denna apparat undersökte vi fyra olika nonioniska ytaktiva ämnen med olika hydrofil-lipofila saldon (HLB) som ofta används inom oljeindustrin: sorbiten monolaurat, sorbitan monooleat, PEG-PPG-PEG och polyoxyetyllenesorbitan tristearat.

<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 introducerar en metod för att studera bildandet och tillväxten av hydrater under påverkan av icke joniska ytaktiva ämnen. Det experimentella systemet innehåller en temperaturregulator, visualiseringstekniker och inre tryckmätningar. Temperaturkontrollsystemet innehåller en låg kostnad, programmerbar temperaturregulator gjord med solid-state Peltier komponenter. Tillsammans med temperaturkontrollsystemet införlivade vi visualiseringstekniker och interna tryckmätningar för att studera hydratbildning och hämning i närvaro av icke-joniska ytaktiva ämnen. Vi studerade hydrathämmande förmåga nonionic ytaktiva ämnen (sorbitan monolaurate, sorbitane monooleate, PEG-PPG-PEG och polyoxyethyllenesorbitan tristearate) vid låga (dvs. 0,1 CMC), medium (dvs. CMC) och höga (dvs. 10 CMC) koncentrationer. Två typer av kristaller bildades: plana och koniska. Planar kristaller bildades i vanligt vatten och låga ytaktiva koncentrationer. Koniska kristaller bildades i höga ytaktiva koncentrationer. Resultaten av studien visar att koniska kristaller är de mest effektiva när det gäller hydrathämning. Eftersom koniska kristaller inte kan växa förbi en viss storlek, är hydrattillväxt som en konisk kristall långsammare än hydrattillväxt som plana kristall. Därför är ytaktiva ämnen som tvingar hydrater för att bilda koniska kristaller de mest effektiva. Målet med protokollet är att ge en detaljerad beskrivning av ett experimentellt system som kan undersöka cyklopentanhydrat kristalliseringsprocessen på ytan av en vattendroppe i närvaro av ytaktiva molekyler.

Med hjälp av detta experimentella system kan man undersöka hydratbildningen vid oljevattengränssnittet och mäta den interfaciala stress som är associerad med kristalliseringsprocessen. Figur 6 visar en representativ uppsättning resultat som omfattar både kristallbildning och interfacial stress. I planar skal tillväxt (Figur 6a), kristallen växte från de två polerna mot ekvatorn. Av den anledningen, i plana kristallen, växte hydratesk...

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 presenterar ett protokoll för att studera bildandet av hydrater i närvaro av icke joniska ytaktiva ämnen på gränssnittet för en vattendroppe nedsänkt i cyclopentane. Protokollet består av att bygga en billig, programmerbar temperaturregulator. Temperaturkontrollsystemet kombineras med visualiseringstekniker och interna tryckmätningar.

Studera ytaktiva effekter på hydratkristallisering vid oljevatten gränssnitt med hjälp av en billig integrerad modulär Peltier Device

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

Protokollet är tillämpligt vid studier av effekten av tensidhämmare på hydratkristaller. Den ger information om både vilken typ av kristallen och mekanismen för hämning. Fäst en 19 gauge nål till en en milliliter glasspruta.Skölj nålen och sprutan tre gånger med avjoniserat vatten och fyll sedan sprutan med avjoniserat vatten. Fyll därefter hydratvisualiseringscellen med 25 milliliter cyklopentan. Med hjälp av sprutan sätter du in en droppe avjoniserat vatten i botten av hydratvisualiseringscellen.Denna vattendropp är fröet hydrat. Placera sedan temperatursensorn inuti hydratvisualiseringscellen nära cellens botten. För att förhindra avdunstning av cyklopentan, sätt akryllocket på cellen och skruva fast kåpan.Justera lamporna och kameran för att fokusera på fröhydraten. Med hjälp av temperaturkontrollanordningen ställer du in temperaturen på Peltier-plattan på negativa fem grader Celsius. Övervaka de värden som rapporteras från temperaturgivaren.När temperaturen når negativa fem grader Celsius, se till att utsädet hydrat i botten av hydrat visualisering kammaren blir till is. Ställ in temperaturen på Peltier-plattan till två grader Celsius i steg om 0,5 grader Celsius. När temperaturen når två grader Celsius, fyll VVS med vatten med hjälp av sprutan.Sänk sedan mässingskroken i cyklopentan och låt den ekvilo i fem minuter. Med hjälp av programvaran för tryckgivaren trycker du på Start-knappen för att starta inspelningarna av den digitala givaren. Anslut sprutan till sprutpumpen, ställ in sprutan pumpen att injicera en volym av två mikroliter och aktivera den.Sprutan kommer att störta vattnet i cyclopentane badet för att bilda en nedsänkt vattendropp. Använd en nålspets för att ta bort en liten bit av fröet hydrat. Ta med nålspetsen med biten fröhydrat i kort kontakt med vattendroppen för att initiera hydratbildningen.Tryck på Starta Inspelning på kameran fånga programvara. Spela in bilder av kristalliseringsprocessen vid en Hertz. För att hitta den kritiska micellekoncentrationen, börja med att förbereda standardlösningar som beskrivs i manuskriptet.För att mäta ytspänningen hos varje ytaktiva lösning med stalagmometrimetoden programmerar du pumpen att utvisa en milliliter lösning med en hastighet av 0,5 milliliter per minut. Placera sprutpumpen och sprutan vertikalt och släpp ut dropparna i luften. Räkna antalet droppar och dividera en milliliter med antalet droppar för att hitta droppvolymen.För varje lösning beräkna ytspänningen enligt beskrivningen i manuskriptet och rita ytspänningen som en funktion av tensidkoncentration. Koncentrationen där ytspänningskurvan plattar till är CMC, den kritiska micellekoncentrationen. Upprepa det förfarande som används för att mäta hydratbildning på en vattendropp, men använd ytaktiva lösningar av olika koncentrationer.Använd bildbehandlingsprogram för att öppna den första bilden i kristalliseringsprocessens sekvens. Använd längdverktyget i mjukvaran för att mäta diametern på mässingsröret i bilden. Ställ in skalan i bilden baserat på den kända diametern på mässingsröret, en sextondels tum.Välj 10 lika fördelade bilder, som fångar processen från kärnbildning till droplet konvertering. För varje bild, använd programvaran för att manuellt upptäcka konturen av droppen och markera konturen i rött. Sedan, manuellt spåra konturen av hydraten och fyll konturen med svart.Kameran fångar bara 2D-projektionen av den sfäriska droppen. Använd matematisk modellering programvara för att bilda en 3D-rekonstruktion av droppe och ytan som omfattas av hydrat. Med hjälp av detta experimentella system kan man undersöka hydratbildning vid oljevattengränssnittet och mäta den interfaciala stress som är associerad med kristalliseringsprocessen.I rent vatten och låga halter av surfaktanter bildade hydratet en planarskalmorfologi, som växte i konstant takt från de två polerna mot ekvatorn. När hydratet växte, upptog samma antal ytaktiva molekyler ett mindre område, vilket resulterade i minskad interfacial stress över tiden. I höga ytaktiva koncentrationer växte hydraten som en konisk kristall.När kristallen blev tillräckligt stor, en del av konen bröt sig loss från droppytan. Denna tillväxt mönster hände om och om igen i en oscillatory sätt. Efter att den koniska kristallen nått en kritisk storlek och lossnat från droppens yta, orsakade den plötsliga ökningen av den tillgängliga ytan för ytaktiva molekyler en ökning av den interfaciala stressen.En kristall började sedan växa igen, vilket ger ett oscillatory mönster. De flesta ytaktiva lösningar hämmade hydrattillväxt jämfört med rent vatten. En hög koncentration av polyoxyetylen sorbitan tristereate var den mest effektiva hämmaren.Detta system kan ge information om varför vissa ytaktiva ämnen hämmar hydrater bättre än andra. Systemet kan också användas för att studera den allmänna bildningen av kristaller vid gränssnitt.

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 Bindning av BMP-2 på ytorna med en själv monterade monolager 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

Framställning av Carbon Nanosheets vid rumstemperatur

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 med hög kapacitet Art Identifiering av Botanical Material med direkt analys i realtid högupplöst masspektrometri

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

Sedimentpropp Extrusion Method på Millimeter Resolution hjälp av en kalibrerad, Gäng-rod

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 och robust system för att mäta volymen av vätgas Evolved genom kemiska reaktioner med vattenlösningar

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 genom selektiv kristallisa 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

Grön och lågkostnadsproduktion av termiskt stabilt och karboxylerad cellulosaNanoKristaller och nanofibriller med hjälp av mycket Återvinnings dikarboxylsyror

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

Övervaka effekterna av belysning på strukturera av konjugerad Polymer geler med neutronspridning

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

Syntesen av ett Thiol byggblock för kristallisation av en halvledande Gyroidal metall-svavel-ram

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

Automatiserad 90Sr Separation och uppkoncentrering i ett labb-på-ventil System 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 ...