Summary
Vi beskriver en metode for å danne gasshydrat på sessile vanndråper for å studere effekten av ulike inhibitorer, promotorer og substrater på hydratkrystallmorfologien.
Abstract
Dette papiret beskriver en metode for å danne metanhydratskall på vanndråper. I tillegg gir den tegninger for en trykkcelle vurdert til 10 MPa arbeidstrykk, som inneholder et stadium for sessile dråper, et safirvindu for visualisering og temperatur- og trykktransdusere. En trykkpumpe koblet til en metangassflaske brukes til å presse cellen til 5 MPa. Kjølesystemet er en 37,85 L tank som inneholder en 50% etanolløsning avkjølt via etylenglykol gjennom kobberspoler. Dette oppsettet muliggjør observasjon av temperaturendringen forbundet med hydratdannelse og dissosiasjon under henholdsvis kjøling og trykkavlastning, samt visualisering og fotografering av de morfologiske endringene i dråpen. Med denne metoden ble det observert rask hydratskalldannelse ved ~ -6 ° C til -9 °C. Under trykkavlastning ble det observert et temperaturfall på 0,2 °C til 0,5 °C ved trykk/temperatur (P/T)-stabilitetskurven på grunn av eksotermisk hydratdissosiasjon, bekreftet ved visuell observasjon av smelting ved starten av temperaturfallet. "Minneeffekten" ble observert etter at den ble trykket til 5 MPa fra 2 MPa. Denne eksperimentelle designen tillater overvåking av trykk, temperatur og morfologi av dråpen over tid, noe som gjør dette til en passende metode for å teste ulike tilsetningsstoffer og substrater på hydratmorfologi.
Introduction
Gasshydrater er bur av hydrogenbindingsvannmolekyler som fanger opp gjestegassmolekyler via van der Waals interaksjoner. Metanhydrater dannes under høytrykks- og lavtemperaturforhold, som forekommer i naturen i undergrunnssedimentet langs kontinentale marginer, under arktisk permafrost og på andre planetlegemer i solsystemet1. Gasshydrater lagrer flere tusen gigatonn karbon, med viktige implikasjoner for klima og energi2. Gasshydrater kan også være farlige i naturgassindustrien fordi forholdene som er gunstige for hydrater forekommer i gassrørledninger, noe som kan tette rørene som fører til dødelige eksplosjoner og oljeutslipp3.
På grunn av vanskeligheten med å studere gasshydrater in situ, laboratorieforsøk brukes ofte til å karakterisere hydrategenskaper og påvirkning av inhibitorer og substrater4. Disse laboratorieforsøkene utføres ved å dyrke gasshydrat ved forhøyet trykk i celler av forskjellige former og størrelser. Arbeidet med å forhindre gasshydratdannelse i gassrørledninger har ført til oppdagelsen av flere kjemiske og biologiske gasshydrathemmere, inkludert frostvæskeproteiner (AFPer), overflateaktive stoffer, aminosyrer og polyvinylpyrrrolidon (PVP)5,6. For å bestemme effekten av disse forbindelsene på gasshydrategenskaper, har disse eksperimentene brukt forskjellige kardesign, inkludert autoklaver, krystallisatorer, rørte reaktorer og gyngeceller, som støtter volumer fra 0,2 til 106 kubikkcentimeter4.
Sessile dråpemetoden som brukes her og i tidligere studier7,8,9,10,11,12 innebærer å danne en gasshydratfilm på en sessile dråpe vann inne i en trykkcelle. Disse karene er laget av rustfritt stål og safir for å imøtekomme trykk opp til 10-20 MPa. Cellen er koblet til en metangassflaske. To av disse studiene brukte dråpemetoden til å teste AFPer som gasshydrathemmere sammenlignet med kommersielle kinetiske hydrathemmere (KHIer), som PVP7,11. Bruusgard et al.7 fokuserte på den morfologiske påvirkningen av inhibitorer og fant at dråper som inneholder Type I AFPer har en jevnere, glassaktig overflate enn dendrittiske dråpeoverflaten uten hemmere ved høye drivkrefter.
Udegbunam et al.11 brukte en metode utviklet for å vurdere KHIer i en tidligere studie10, som muliggjør analyse av morfologi / vekstmekanismer, hydrat-væske-damp likevektstemperatur / trykk og kinetikk som en funksjon av temperatur. Jung et al. studerte CH4-CO2 erstatning ved å oversvømme cellen med CO2 etter å ha dannet en CH4 hydrat skall8. Chen et al. observerte Ostwald modning som hydrat skallet danner9. Espinoza et al. studerte CO2 hydratskall på ulike mineralsubstrater12. Dråpemetoden er en relativt enkel og billig metode for å bestemme den morfologiske effekten av ulike forbindelser og substrater på gasshydrater og krever små mengder tilsetningsstoffer på grunn av det lille volumet. Dette papiret beskriver en metode for å danne slike hydratskall på en vanndråpe ved hjelp av en celle i rustfritt stål med et safirvindu for visualisering, vurdert opp til 10 MPa arbeidstrykk.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Designe, validere og maskinere trykkcellen.
- Design cellen for å tillate direkte visualisering av hydratdannelse fra en vanndråpe. Kontroller at cellen har et hovedkammer med gjennomsiktig safirvindu og fire porter for væske-/gassinntak, utløp, lys og ledninger (figur 1). Opprett den endelige utformingen i programvare for ingeniørdesign (Tilleggsfigur S1).
- For å kontrollere at trykkcellen er trygg under høyt trykk, utfør en begrenset elementanalyse ved hjelp av simuleringsprogramvare.
- Legg inn trykkcellemodellen i full størrelse fra programvaren for ingeniørdesign i simuleringsprogramvaren.
- Tilordne en Youngs modulus på 400 GPa og en Poissons forhold på 0,29 til safirvinduet.
- For alle deler i rustfritt stål tilordner du rustfritt stål 316 med en Youngs modul på 190 GPa og Poissons forhold på 0,27.
- På en trinnvis måte gjelder du lufttrykket 0 til 1, 2, 3, 4 5, 6, 7, 8, 9 og 10 MPa på innsiden av cellen (Ekstra video S1 og ekstra video S2). Behandle hvert innlastingstrinn som et statisk problem ved å ignorere de tidsavhengige begrepene i de styrende ligningene og bare vurdere elastisk deformasjon under trykksetting.
- Bruk den direkte lineære ligningsløseren i simuleringsprogramvare til å beregne spenningsfordelingen og deformasjonen av cellen under ulike trykkforhold (Supplerende tabell S1 og supplerende tabell S2).
- Når trykkcelledesignet er verifisert for å være trygt, må du ha alle deler maskinert basert på plandesignprogramvareplanen.
2. Sett sammen trykkcellen (Figur 1).
- Skru de fire NATIONAL Pipe Tapered (NPT)-gjengene inn i de respektive portene på trykkcellen med rørleggerbånd.
- Monter belysningsporten ved hjelp av blåkopiutformingen (Tilleggsfigur S1, deler C, D og E) og koble til NPT-skruen øverst til venstre.
- Koble trykktransduseren til den øverste porten NPT ved hjelp av gren-tee-beslaget og portkontaktbeslaget.
- Koble innløpsnålventilen i den venstre NPT-skruen ved hjelp av en portkoblingsbeslag.
- Monter en trykktetningskontakt i høyre port på trykkcellen. Sett inn tre K-type termokoblinger gjennom trykktetningskontakten med 3" slakk inne i cellen og 3' slakk utenfor cellen.
- Poler sceneoverflaten med sandpapir (Tilleggsfigur S1, Del F).
- Sett termokoblingene inn i de respektive hullene i scenen slik at spissene er flush med toppen av scenen. Bruk en liten dråpe lim i hvert hull for å fikse termokoblingene på plass og la dem tørke.
- Monter akrylskiven på bakveggen på trykkcellen for å forbedre lysrefleksjonen. Monter scenen i trykkcellen.
- Installer safirvinduet.
- Påfør vakuumfett på to statiske tetnings-O-ringer (en 1" og en 1-1/5"). Monter O-ringene i sporene rundt vindushullet på trykkcellen.
- Sett inn safirvinduet. Dekk safirvinduet med en 2-1/4" gummiskive og skru på vaskemaskinen i rustfritt stål(tilleggsfigur S1, del B) ved hjelp av åtte skruer i rustfritt stål (figur 2C).
3. Monter utstyret i en stor avtrekkshette (Figur 2).
MERK: Siden metan er en brennbar gass under trykk, må du holde alle metanrelaterte slanger og kar unna varme, gnister, åpen flamme og varme overflater. Sett alt utstyr opp inne i et godt ventilert område (f.eks. en avtrekkshette). Ta vernebriller og labfrakk før du arbeider med metangass.
- Løft trykkpumpen forsiktig inn i en avtrekkshette som er stor nok til at alt utstyret får plass (Figur 2A). Plasser pumpekontrolleren oppå pumpebasen. Koble pumpekontrolleren til pumpen og koble den til en grenuttak.
- Kjør et høytrykksrangert 1/4" kobberrør fra regulatoren på metangassflasken til avtrekkshetten ved siden av innløpet til trykkpumpen (Figur 2A,B).
- Plasser dataloggeren ved siden av trykkpumpen og sett den bærbare datamaskinen på dataloggeren (Figur 2A). Koble begge til en grenuttak. Koble dataloggeren til den bærbare datamaskinen via datalogger-USB.
- På den bærbare datamaskinen installerer du riktig programvare for å kontrollere dataloggeren, kameraet og trykktransduseren på trykkcellen.
- Sett akvariet ved siden av dataloggeren og plasser ikke-utvaskende polstring i bunnen av akvariet for å begrense vibrasjoner til trykkcellen (Figur 2C).
- Bruk et nytt 1/4" kobberrør, spole kobberrøret to ganger inn i en oval for å passe inn i akvariet, slik at det er plass til trykkcellen å sitte inne (Figur 2D). Pass på at spolen ikke blokkerer safirvinduet i trykkcellen. Løft trykkcellen i akvariet for å se safirvinduet.
- Plasser den sirkulerende kjøleren på gulvet i nærheten av avtrekkshetten (Figur 2A). Fyll kjøleren med 50/50 v/v etylenglykol/vann.
MERK: Siden etylenglykol er farlig, bruk passende sikkerhetsantrekk, inkludert hansker, labfrakk og vernebriller ved helling. - Klipp to lengder av en 3/8 " (indre diameter) plastrør for å koble kjøleboksen og utløpet til kobberrørendene i akvariet. Pass på at det er nok slakk til at skumrørisolasjonen passer før du skjærer.
- Skyv plastslangen gjennom skumrørisolasjonen.
- Koble de isolerte plastrørene fra innløpet og utløpet på den sirkulerende kjøleren til endene av kobberspolen inne i akvariet. Fest tetningene ved å pakke rørleggerbåndet rundt metalldelene og stramme tilkoblingene med ormdrivslangeklemmer. Slå på kjøleren og still den inn slik at den sirkulerer i høy hastighet. Kontroller at det ikke er noen lekkasjer.
- Påfør undervannsforseglingsmiddel rundt kobberspolen / plastrørforbindelsene inne i akvariet. La tetningsmassen kurere. Vikle tetningsmassen med teip.
- Montere trykkpumperør (Figur 2E).
MERK: Stram alltid tilkoblingene håndtilpasset før du bruker verktøy, og koble aldri fra NPT-tilkoblingene med rørleggerbåndet fordi de ikke vil forsegle godt igjen.- Monter et 1/8" rør i rustfritt stål på hver side av trykkpumpen med selskapets beslag som fulgte med pumpen ved hjelp av rørleggerbånd (figur 2F).
- Bøy 1/8" røret forover i en 90° vinkel, ca. 2" unna pumpen, for å unngå bøyning ved tilkoblingen.
- Med en rørbøyer bøyer du 1/8" røret nedover i en 90° vinkel, ca. 2" unna den første bøyen.
- Fest 1/8" til 1/4" adaptermontering til 1/8" røret på begge sider (Figur 2G).
- Fest 1/4" rør til adaptermontering på begge sider.
MERK: For å feste ventilen på siden av pumpen, trim 1/4" slangen slik at den vedlagte ventilen sitter ved siden av de to skruehullene. - Monter de 1/4" nåleventilene (Figur 2H). Hvis du fester ventiler til trykkpumpen, må du maskinere en stål- eller plastplate med to 1/16" hull for skruer og ett 1/2" hull for å feste mellom nåleventiltilkoblinger. Sett platen mellom ventiltilkoblingene og skru platen til siden av pumpen.
MERK: Påse at pilene på nåleventilene peker fra høyt trykk (inne i trykkpumpen) til lavt trykk (utenfor trykkpumpen). - Koble den ene enden av den 1/4" flettede fleksible trykkslangen i rustfritt stål til utløpsventilen på trykkpumpen og den andre enden til trykkcellens sideventil.
- Koble termokoblinger fra trykkcellen til dataloggerkanaler ved hjelp av dataloggerens flerkanals. Koble til en ekstra termokoblingsledning for å måle temperaturen på tankløsningen og legg den andre enden i tanken.
- Koble trykktransduseren på trykkcellen til den bærbare datamaskinen.
- Sett trykkcellen inne i akvariet, nær fronten, for klarere avbildning.
- For å isolere akvariet, pakk utsiden av akvariet med folieforet glassfiber, med et hull / spalte for kameraet for å se safirvinduet til trykkcellen. Dekk toppen av akvariet med isolerende materiale for å forhindre fordampning under eksperimenter.
MERK: Unngå å tette akvariet tett for å unngå opphopning av varme fra lyskilden. - For å forhindre kondens av fuktig luft på forsiden av akvariet, kjør plastrør fra nærmeste luftventil til forsiden av akvariet der kameraet peker slik at slangen ikke vil være synlig på fotografiene.
- Sett lyskildeenheten ved siden av akvariet og koble den til grenuttaket.
- Sett kameraet foran akvariet, med linsen pekende mot safirvinduet. Koble kameraet til den bærbare datamaskinen og grenuttaket.
- Løft all elektronikk fra hetteoverflaten for å forhindre potensiell lekkasjeskade. Dobbeltsjekk at strømmen er fordelt for strømkapasiteten til stikkontaktene.
4. Lekkasjetest trykkcellen med vann.
MERK: For å sikre at alle tilkoblinger er ordentlig forseglet, må du lekkasjeteste trykkcellen med vann hver gang cellen er satt sammen igjen, spesielt etter at NPT-skruene er koblet fra. Dette er ikke nødvendig etter fjerning av safirvinduet eller toppventilen. Vann er tryggere under trykk enn gass.
- Åpne trykktransduserprogramvaren på den bærbare datamaskinen og begynn å samle inn data med et skanneintervall på 1 s.
- Slå på trykkpumpen og kontrolleren. Trykk pumpe A på trykkpumpekontrolleren for å overvåke trykket.
- Hvis det er trykk i pumpen, reduser trykket ved å trykke på Påfyll på trykkpumpekontrolleren mens både pumpeinntaket og utløpsventilene fortsatt er lukket.
- Når begge trykkcelleventilene er åpne, åpner du pumpeutløpsventilen litt med ~1/16" for å løsne det gjenværende trykket langsomt.
- Hvis du er tilkoblet, kobler du det 1/4" kobberrøret fra innløpsventilen på trykkpumpen.
- Fest 1/4" fleksible slanger til pumpeinntaksventilen ved hjelp av en mutter og ferrulesett. Legg enden av slangen i en gallon vann.
- Lukk pumpens utløpsventil og åpne pumpens innløpsventil.
- Trykk på Påfyll på trykkpumperegulatoren for å fylle pumpestempelet med vann.
- Sett trykkcellen i en grunn tom beholder utenfor akvariet.
- Tøm luften ut av trykkcellen til vann kommer ut av toppporten og fyller trykkcellen helt.
- Lukk pumpens innløpsventil og åpne pumpens utløpsventil.
- Sørg for at ventilene på trykkcellen fortsatt er åpne.
- Sett maksimal (maks) strømning til 100 ml/min: Trykk på Grenserpå trykkpumpekontrolleren. trykk 3 for maksimal gjennomstrømning; trykk på 1 for å stille inn maksimal flyt; stemple inn 100; trykk Enter.
- Trykk D for å gå til forrige side.
- Sett den konstante strømningshastigheten til 100 ml/min: Trykk const Flowpå trykkpumpekontrolleren. trykk A for strømning; stemple inn 100; trykk Enter. Trykk Kjør.
- Hvis det ikke kommer vann ut, eller hvis volumet i stempelet ikke er tilstrekkelig, fyller du stempelet på nytt ved å lukke pumpeutløpsventilen, åpne pumpeinntaksventilen med slanger i vann og trykke på Påfyll. Deretter renser du luften ved å lukke pumpeinntaksventilen, åpne pumpeutløpsventilen, sette strømningshastigheten til 100og trykke på Kjør.
- Når vann kommer ut av den øverste porten på trykkcellen, må du se etter lekkasjer og stramme eventuelle lekkende tilkoblinger. Trykk Stopp. Lukk trykkcelleutløpsventilen (toppventilen).
- Trykk på trykkcellen.
MERK: Ta på deg vernebrillene før du trykker trykkcellen.- Sett maks strømningsgrense til 10 ml/min for å forhindre rask trykksetting av cellen: Trykk på Grenserpå trykkpumpekontrolleren. trykk 3 for maksimal gjennomstrømning; trykk på 1 for å stille inn maksimal flyt; stemple inn 10; trykk Enter.
- Trykk cellen til 100 kPa: Trykk const Presspå trykkpumpekontrolleren. trykk A; stemple inn 100; trykk Enter. Trykk Kjør.
- Se etter lekkasjer. Hvis det er en lekkasje, trykker du på Stopp på pumpekontrolleren, strammer de lekkende komponentene, trykker på Kjørog gjentar til det ikke er noen lekkasjer på 100 kPa. Forsikre deg om at det ikke er noen lekkasjer ved å lukke pumpeutløpsventilen og overvåke trykkcellens trykk i trykktransduserprogramvaren.
MERK: Hvis trykket synker konsekvent og ikke er normale svingninger på grunn av variasjon i romtemperatur, er det en lekkasje. - Øk trykket i trinn på 50 kPa fra 100 kPa til 500 kPa, deretter i trinn på 100 kPa fra 500 kPa til 1000 kPa, og til slutt i trinn på ~ 1000 kPa fra 1000 kPa til ~ 10,000 kPa. Gjør dette ved å endre Const Press-innstillingen som før. Mellom trykkinnstillingene lukker du pumpeutløpsventilen og overvåker cellens trykk som før for å sikre at trykket er konstant. Hvis trykket faller, stram forsiktig de lekkende komponentene.
- Når du når 10 000 kPa, lukker du pumpeutløpsventilen og observerer hvor godt trykkcellen holder trykket i henhold til trykktransduseren. Som et konsistent trykkfall indikerer en lekkasje, stram forbindelsene ved et lavere trykk, ~ 1000 kPa.
- For å trykke ned, åpne pumpeutløpsventilen og sett trykket til 100 kPa. Når trykkplatåene er litt åpne trykkcelleutløpsventilen.
- For å fjerne vann fra trykkpumpen, lukk pumpeinntaksventilen, endre innstillingene for maksstrøm og Const Flow til 100 ml/min, og trykk Kjør til pumpen er tom.
- Koble de 1/4" fleksible slangene fra pumpeinntaket. Koble den flettede slangen i rustfritt stål fra trykkcellen. Åpne begge ventilene og tøm vannet. Fjern safirvinduet slik at cellen kan tørke helt.
5. Lag et metanhydratskall på dråpeoverflaten.
- Forbered utstyret.
- Koble metansylinderregulatoren til pumpen med det 1/4" kobberrøret ved hjelp av en ny mutter og ferrulesett. Kontroller at gassflasken er lukket.
- Øv på innsettingsteknikk for slippverktøy.
- Lim en fleksibel spiss, for eksempel IV-rør, kutt i en vinkel til enden av kanylen for å rette dråpen mot safirvinduet. Fest en 1 ml sprøyte til kanylen og trekk inn ønsket volum av deionisert vann (~50-300 μL). Uten nåleventilen eller safirvinduet festet, sett enden av kanylen inn i toppporten og øv deg på å utvise dråpen på midtstadiet. Etter å ha praktisert dråpeinnsetting, fjern dråpen og tørk scenen.
MERK: I denne protokollen ble 250 μL deionisert vann tatt inn i sprøyten.
- Lim en fleksibel spiss, for eksempel IV-rør, kutt i en vinkel til enden av kanylen for å rette dråpen mot safirvinduet. Fest en 1 ml sprøyte til kanylen og trekk inn ønsket volum av deionisert vann (~50-300 μL). Uten nåleventilen eller safirvinduet festet, sett enden av kanylen inn i toppporten og øv deg på å utvise dråpen på midtstadiet. Etter å ha praktisert dråpeinnsetting, fjern dråpen og tørk scenen.
- Fest safirvinduet og skivene på nytt med M8-skruer. Koble den flettede slangen i rustfritt stål fra trykkpumpen til trykkcellen, og dobbeltsjekk at alle tilkoblinger fra gassflasken til trykkcellen er tette. Åpne trykkcelleinnløpsventilen (sideventilen), og sett trykkcellen i akvariet. Sett inn en fiberoptisk lyskildekabel i trykkcellebelysningsporten.
- Tilsett 50/50 etanol/vann (v/v) i akvariet til det er på nivå med toppen av trykkcellen, like under lyskildetilkoblingen. Kontroller at hettestrømmen er slått på. Når løsningsnivået faller før fremtidige studier i de følgende ukene, tilsett mer etanol. Bytt ut løsningen månedlig.
- Sett kjøleren på temperaturen som vil oppnå ~ 0 ° C til 3 ° C inne i cellen (~ -4 °C) og begynn å sirkulere gjennom spoler. Slå på luftstrømmen til forsiden av akvariet for å forhindre kondens på akvariet.
- Start en temperaturlogg i dataloggerprogramvaren. Sett skanneintervallet til 30 s. Vent til temperaturen inne i trykkcellen er stabil ved 2 °C(~6-24 h).
- Legg til en vanndråpe i trykkcellen ved hjelp av kameravisningen på den bærbare datamaskinen.
- Slå på lyskilden til ~80%. Åpne kameraprogramvaren. Fokuser kameralinsen i cellens indre kammer i live view. Juster lyskilden for best mulig bildebehandling.
- Start en ny temperaturlogg med et skanneintervall på 1.
- Hvis den er festet, løsner du utløpsnålventilen i den øverste porten på trykkcellen. Fest en 1 ml sprøyte til kanylen og trekk inn ønsket volum av deionisert vann (~50-300 μL).
MERK: I denne protokollen ble 250 μL deionisert vann trukket inn i sprøyten. - Sett kanylen gjennom den øverste porten til spissen er synlig i kameraprogramvaren i live view-modus. Utvis væskedråpen fra sprøyten over den sentrale termoelementet. Fest nåleventilen igjen.
- Fokuser kameraet på dråpen i trykkcellen. Start tidsforløpavbildning hver ~60 s.
- Åpne trykktransduserprogramvaren på den bærbare datamaskinen og begynn å samle inn data på diagrammet og dataloggen med et skanneintervall på 1 s (samme som temperaturskanningsintervallet). Vent til dråpetemperaturen er stabil mellom 0-3 °C.
- Trykk trykkcellen til ønsket trykk.
MERK: Ta på deg vernebrillene før du trykker cellen.- Slå på pumpen og kontrolleren. Lukk trykkpumpens innløpsventil.
- Åpne pumpens utløpsventil og trykkcellens ventiler.
MERK: Trykkcelleinntaksventilen skal alltid være åpen. - Tjære pumpetrykket ved å trykke null på trykkpumpekontrolleren. Velg Pumpe A på trykkpumpekontrolleren for å overvåke trykket.
- Påse at trykkpumpen er tom hvis det var en annen væske enn metangass i pumpen. Gjør dette ved å sette maksflyten og Const Flow til 100 ml/min og trykke på Kjør. La den stå til pumpen er tom. Lukk pumpeutløpsventilen og åpne pumpeinntaksventilen.
- Åpne gassflasken og sett gassflaskeregulatoren til 1000 kPa.
- Trykk på Påfyll på trykkpumpekontrolleren. Når pumpen er full og nær 1000 kPa, lukk pumpeinntaksventilen og gassflasken.
- Litt åpen (~1/16" omdreining) pumpeutløpsventilen til cellen. Overvåk trykkcelletrykket i trykktransduserprogramvaren, da trykket kan reduseres på grunn av den relativt lavere temperaturen i trykkcellen.
- Sett maksstrømmen til 10 ml/min: Trykk på Grenserpå trykkpumpekontrolleren. trykk 3 for maksimal gjennomstrømning; trykk på 1 for å stille inn maksimal flyt; stemple inn 10; trykk Enter.
- Sett makstrykket til 5000 kPa: Trykk limitspå trykkpumpekontrolleren. trykk 1; punch i 5000; trykk Enter.
- Sett det konstante trykket til 1000 kPa: Trykk const Presspå trykkpumpekontrolleren. trykk A; punch i 1000; trykk Enter. Trykk Kjør.
- Når 1000 kPa er nådd, trykker du på Stopp på pumpekontrolleren og lukker pumpens utløpsventil. Overvåk trykket i trykkcellen for å sikre at det ikke er noen lekkasjer. Hvis trykket synker, bruk væskelekkasjedetektoren til å finne lekkasjen ved tilkoblingene og stram de lekkende komponentene forsiktig.
- Hvis cellen er stabil, åpner du pumpeuttaket og setter Const Press til 2000 kPa. Trykk stopp og overvåk. Hvis stabil på 2000 kPa, sett Const Press til 3000 kPa. Trykk stopp og overvåk. Hvis stabil på 3000 kPa, sett Const Press til 4000 kPa. Trykk stopp og overvåk. Hvis stabil på 4000 kPa, sett Const Press til 5000 kPa. Trykk stopp og overvåk.
- Hvis trykket er stabilt, lukker du pumpeuttaket.
MERK: Hvis pumpevolumet går tomt, lukker du pumpeuttaket og åpner pumpeinntaket litt. Åpne gassflasken langsomt og sett gassregulatoren til 1000 kPa. Trykk på Påfyll på pumpekontrolleren. Når pumpen fylles på, lukker du gassflasken og pumpeinntaket. Trykk pumpen slik at den samsvarer med trykkcelletrykket. - Vent til ~12-24 timer på at gassen gjennomsyrer dråpen.
- Nukleer hydratskallet ved hjelp av tørris.
- Bytt tidsforløp for å ta bilder hver 2-5 s.
- Tilsett tørris på toppen av cellen til hydratskallet ses i tidsforløp. Hvis tørrisen glir, fest tape rundt toppen av cellen.
- Vær oppmerksom på fremdriften av metanhydratformasjonen gjennom tidsforløpbilder i ~ 2-6 timer.
- Trykk ned cellen til 2000 kPa ved å åpne pumpeuttaket og sette Const Press til 2000 kPa. Legg merke til når smelting skjer.
MERK: Bobler i sessile dråpen kan oppstå på grunn av rømming av oppløst gass. - Etter ~ 30 min, trykk trykk cellen til 5000 kPa for å observere minneeffekten. Legg merke til når et hydratskall begynner å reformere. La skallet dannes i ~ 30 min til 2 t.
- Trykk ned cellen ved å åpne pumpeuttaket og sette Const Press til 0 kPa. Hvis det er resttrykk i trykkcellen, åpner du trykkcellens toppventil litt med ~1/16".
- Lagre trykk- og temperaturdataene som .csv filer.
- Fjern dråpen ved å fjerne topptrykkscelleventilen som før og trekke ut dråpen med sprøyten / kanylen / IV-røret. Hvis det er bekymring for forurensning mellom forsøk, fjern safirvinduet og desinfiser scenen og bytt ut vakuumfettet. Bruk en sugekopp for å fjerne safirvinduet når trykkcellen har varmet opp til romtemperatur.
6. Analyser dataene.
- Åpne filene for temperatur og trykk .csv.
- Opprett et nytt regneark. Kopier tids- og trykkkolonnene fra trykket .csv og tid og temperatur fra .csv-filen til det nye regnearket.
- Lag en scatter-tegning med tiden på x-aksen og to y-akser med temperatur og trykk (Supplerende figur S2).
- Lag to kolonner til for hydratstabilitetskurven. I den første kolonnen legger du inn temperaturene fra 273,15 K til ~279,15 K ved intervaller på 0,1 K. I den andre kolonnen beregner du trykket ved hjelp av formel (1) fra Sloan &Koh13.
P [kPa] = exp(a+b/T [K]) der a = 38,98 og b = -8533,80 (1) - Lag en scatter-tomt av hydratstabilitetsgrensen, med temperatur (K) på x-aksen og trykket (kPa) på y-aksen. Legg til en ny serie på scatter-plottet med eksperimentell temperatur og trykk på henholdsvis x- og y-aksene (figur 4).
- Legg merke til grafene der et hydratskall ble synlig, i henhold til tidsforløpavbildningen.
7. Vedlikehold utstyret.
- Topp av tankløsningen med etanol før hver prøve for å erstatte fordampet etanol. Bytt tankløsningen helt ut hver måned.
- Bytt o-ringer og gummiskive annenhver måned etter vanlig bruk.
- Bytt ut porttilkoblinger hvis det oppstår vedvarende lekkasje som ikke er løst ved å stramme.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Med denne metoden kan et gasshydratskall på en dråpe overvåkes visuelt gjennom et safirvindu i trykkcellen og via temperatur- og trykktransdusere. For å nukleere hydratskallet etter trykksetting til 5 MPa, kan tørris legges til toppen av trykkcellen for å fremkalle et termisk støt for å utløse rask hydratkrystallisering. Det er en klar morfologiske forskjell på tørris-tvunget hydrat skalldannelse. Vanndråpen gikk fra en jevn, reflekterende overflate (figur 3A) til et ugjennomsiktig hydratskall med en litt dendrittisk overflate (figur 3B). Tilsetningen av 100 μg ml-1 Type I AFP endret hydratmorfologien ved å indusere kantkanter langs dråpen og fremspringene fra toppen av dråpen (Figur 3C,D).
Etter at hydratskallet utviklet seg i ~ 1 time, ble cellen trykkavlastet til 2 MPa (Supplemental Video S3). Under trykkavlastning var det en temperaturfall på 0,2 °C til 0,5 °C nær P/T-stabilitetskurven13 (figur 4) på grunn av eksotermisk hydratdissosiasjon. Hydratdissosiasjon ble bekreftet ved visuell smelting gjennom tidsforløpsavbildning i begynnelsen av temperaturnedgangen, notert av stjerner i figur 4. Etter fullstendig hydrat dissosiasjon trykket vi cellen for å observere morfologien og smeltetemperaturen med "minneeffekten"14, fenomenet der hydrat dannes raskere etter at hydrat allerede har dannet seg i systemet (Supplemental Video S4). Ved re-trykksetting reformerte et hydratskall innen et par minutter etter å ha nådd 5 MPa, og vi observerte den samme temperaturreduksjonen ved stabilitetskurven under dissosiasjon.
Negative kontroller uten dråpe og med en dråpe som ikke dannet et hydratskall (Figur 4, Forsøk 4 og 5) viste ingen temperaturreduksjon under trykkavlastning. Ved trykkavlastning under 2 MPa observerte vi gassbulling i dråpen fra rask avgassing. Fordi toppen av hver temperaturreduksjon var over den tidligere etablerte P/T-stabilitetskurven13 (hydratstabilitetskurve #1 i figur 4), ble det beregnet en regresjonskurve basert på apex P/T i disse studiene (P [kPa] = EXP(38,98+-8533,8/T [K]), hydrater stabilitetskurve #2 i figur 4).
Figur 1: Trykkcelle. Scenen som dråpen sitter på og de innebygde termokoblingene avsløres ved å fjerne safirvinduet og overlyse gummi- og stålskiver. Alle deler og tilkoblinger er merket. Øverst til venstre innfelt: scenen vist ovenfra med sentrale og sidetrinn innebygde termokoblinger. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 2: Metanhydrat eksperimentelt oppsett. (A) Avtrekkshetten der det eksperimentelle oppsettet er plassert. (B) Gassflasken kobles via en kobberspole til trykkpumpen. Uthevet fra panelet (A) er (C) den monterte trykkcellen, (D) 10-gallon (37,85 L) tank uten isolasjon eller løsning, (E) trykkpumpen, og (F, G, H) zoomet inn bilder av trykkpumpetilkoblinger. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 3: Metanhydratskall. Representative bilder av dråpen før (A) og etter (B) dannes et metanhydratskall på en deionisert vanndråpe og før (C) og etter (D) dannes et hydratskall på et dråpe som inneholder 100 μg ml-1 Type I frostvæskeprotein. Skalastenger = 5 mm. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 4: Diagram over stabilitet ved trykktemperatur. Trykk- og temperaturdata under trykkavlastning vises med P/T-stabilitetskurver av metanhydrat (#1 fra Sloan og Koh 200713 og #2 beregnet fra å ta en regresjonskurve fra hydratsmeltingstopper fra denne studien). Forsøk med vellykket dannede hydratskall på DI-vanndråper er forsøk 1, 2 og 3. Prøve 4 var en negativ kontroll uten dråpe på scenen. Dråpen i prøve 5 var en annen negativ kontroll der det ikke ble dannet noe hydratskall. Stjerner indikerer når visuell hydratsmelting begynte under trykkavlastning. Prøve 1 har en oppløsning på 30 s (et datapunkt hver 30. s); andre forsøk har en oppløsning på 1 s. Forkortelser: T = prøve; M.E. = minneeffekt; P/T = trykktemperatur; DI = deionisert; res = oppløsning. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Supplerende figur S1: CAD-bilder for maskinering av trykkcellen. Deler A-F i trykkcellen er merket med delbokstaven og dimensjonene. Forkortelse: CAD = dataassistert design. Klikk her for å laste ned denne filen.
Supplerende figur S2: Trykk- og temperaturdata over tid for forsøk 2-4. Forsøk 2 og 3 var vanlige deioniserte vanndråper som dannet hydratskjell. Prøve 4 var en negativ kontroll der det ikke var noe dråpe til stede. Forsøkene er stilt opp ved den første trykkavlastningen, som oppstår på tidspunktet null. Et lite temperaturfall oppstår i begynnelsen av trykkavlastning på grunn av gassblandingen med trykkpumpen. Et større temperaturfall oppstår på grunn av hydratsmeltingen etter det første trykkfallet, som vist i forsøk 2 og 3. Temperatursvingningene på slutten av prøve 4 skyldes åpningen av ventilen som fører til fullstendig trykkavlastning, som også oppstår på slutten av forsøk 2 og 3. Klikk her for å laste ned denne filen.
Supplerende tabell S1: Tillatt stress (MPa) på den bearbeidede trykkcellen. Forkortelse: FS = sikkerhetsfaktor. Klikk her for å laste ned denne tabellen.
Supplerende tabell S2: Sikkerhetsfaktor for den bearbeidede trykkcellen. Forkortelse: FS = sikkerhetsfaktor. Klikk her for å laste ned denne tabellen.
Ekstra video S1: Belastning. Video av strekksimuleringen på maskinert trykkcelle. Klikk her for å laste ned denne videoen.
Supplerende video S2: Stress. Video av stresssimuleringen på maskinert trykkcelle. Klikk her for å laste ned denne videoen.
Supplerende video S3: Prøve 3 av hydrat shell dissosiasjon. Tidsforløpvideo av hydratskalldissosiasjon med 25x hastighet. Klikk her for å laste ned denne videoen.
Ekstra video S4: Prøve 3 av minneeffektkjernedannelse. Tidsforløpvideo av hydratskalldannelse ved minneeffekt etter trykkavlastning fra 2 MPa til 5 MPa med 10x hastighet. Klikk her for å laste ned denne videoen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Vi har utviklet en metode for å danne metanhydratskall på sessile vanndråper trygt og dele denne metoden for å maskinere og montere en trykkcelle vurdert til 10 MPa arbeidstrykk, samt trykk- og kjølesystemer. Trykkcellen er utstyrt med et stadium for dråpen som inneholder innebygde termokoblinger, et safirvindu for visualisering av dråpen og en trykktransduser festet til toppen av cellen. Kjølesystemet inkluderer kjølt etylenglykol som sirkulerer gjennom kobberspoler i en tank med 50% etanoloppløsning, der trykkcellen er plassert. En trykkpumpe presser gassen fra sylinderen til trykkcellen. Hydratskallet dannes ved rask temperaturreduksjon med tilsetning av tørris til toppen av trykkcellen. Vi tillater skallet å danne i 2 timer, hvor vi tror gassen gjennomsyrer stokastisk sprekkdannelse av hydratskallet, og Ostwald modning over en lengre periode. Faktisk kan denne enheten brukes til å studere disse fenomenene.
De kritiske trinnene for denne protokollen inkluderer: 1) lekkasjetest trykkcellen med vann før du trykker den med gass, 2) øve på å legge vanndråpen på scenen før du setter inn safirvinduet, 3) avkjøl dråpen for å være stabil ved ~ 2 ° C før trykk, 4) trykk med en maksimal strømningshastighet på 10 ml min-1 til 5 MPa i 1 MPa-trinn, 5) Lukk utløpsventilen på trykkpumpen (til cellen) for å begrense gassutvekslingen med trykkpumpen, 6) still inn henholdsvis temperatur, trykk og tidsforløpprogramvare for å logge hver 1 s, 1 s og 5 s (eller mindre), før du tilsetter tørris, 7) påfør tørris på toppen av cellen kontinuerlig til et hydratskall observeres i tidsforløpet, 8) la hydratskallet dannes i minst 1 t, 9) trykk ned med samme hastighet som trykksatt.
Under metodeutvikling optimaliserte vi variabler og teknikker, inkludert tidspunkt for kjøling, trykksetting, trykksetting, dråpestørrelse og dråpeinnsettingsteknikken. Det er noen begrensninger ved bruk av denne metoden. En begrensning er oppløsningen av dråpeavbildning på grunn av kameraoppløsningen og materialene mellom kameraet og dråpen (tank, etanolløsning, tykt safirvindu). I tillegg, mens andre studier observerer overflatedråpen på en mikroskala7,9,10, tillater denne metoden bare makroskalaobservasjoner. Et mikroskoplinsefeste kunne installeres hvis det var interesse for mikroobservasjoner.
En annen begrensning ved denne metoden er ikke å kunne måle hydratskalltykkelsen nøyaktig. Hydrattykkelsen kan imidlertid estimeres ved å trekke fra tverrsnittsområdet før og etter hydratdannelse og beregne gassforbruket ved hjelp av temperaturendringen under trykkavlastning for å bestemme volumet av hydrat dannet. En annen begrensning er at dette dråpet ikke kan ses i 3D fordi det bare er en side av trykkcellen som inneholder et safirvindu. I motsetning har andre studier brukt celler laget helt av safir for å observere dråpen fra flere vinkler7. Vi installerte heller ikke et temperaturkontrollerende stadium10 eller spektroskopiske teknikker; Disse kan imidlertid sikkert installeres ved hjelp av dette oppsettet.
Med denne metoden kan morfologien, dissosiasjonstrykket og temperaturen, og temperaturendringen under hydratdissosiasjon observeres med dråper som inneholder tilsetningsstoffer eller alternative stadiumsubstrater. Denne metoden er relativt billig, og det er få grundige protokoller for å danne gasshydratskall. Fordi høytrykkssystemer kan være farlige, inkluderer vi sikkerhetstips for trykk- og lekkasjetesting. I tillegg tillater mange oppsett ikke visualisering av gasshydratdannelse, eller gjør det i en mye mindre eller mye større skala. Laboratorieforsøk er en viktig bidragsyter til forståelsen av naturlig forekommende gasshydrater og naturgasshydrater som kan forårsake dødelige gassrørledningseksplosjoner. Denne metoden kan brukes til raskt å vurdere effekten av tilsetningsstoffer på dissosiasjonstemperaturen og morfologien og tilsetningsstoffenes evne til å eliminere minneeffekten. Effektive tilsetningsstoffer kan brukes som hemmere i naturgassrørledninger eller for å studere den biologiske aktiviteten til dyphavsbakterielle proteiner6,15.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Det er ingen konkurrerende økonomiske interesser.
Acknowledgments
NASA Exobiology grant 80NSSC19K0477 finansierte denne forskningen. Vi takker William Waite og Nicolas Espinoza for verdifulle diskusjoner.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| CAMERA AND LAPTOP | |||
| Camera Body | Nikon | D7200 | Name in Protocol: camera |
| Camera Control Pro 2 Software | Nikon | Name in Protocol: camera software | |
| Laptop | HP Pavilion | hp-pavilion-laptop-14-ce0068st | Needs to be PC with plenty of storage (~ 1 Tb) Name in Protocol: laptop |
| Macrophotography Lens | Nikon | AF-S MICRO 105mm f/2.8G IF-ED Lens | Name in Protocol: lens |
| CONSUMABLES | |||
| Deionized water | Name in Protocol: DI water | ||
| Dry Ice | VWR or grocery store | Buy just before nucleation Name in Protocol: dry ice |
|
| Ethanol | Name in Protocol: ethanol | ||
| Ethylene Glycol | Name in Protocol: ethylene glycol | ||
| COOLING SYSTEM | |||
| 1/2 in. O.D. x 3/8 in. I.D. x 25 ft. Polyethylene Tubing | Everbilt | Model # 301844 | For circulating coolant from chiller to copper coils in aquarium Name in Protocol: 3/8” (inner diameter) plastic tubing |
| Circulating chiller | Polyscience | Name in Protocol: chiller | |
| Economical Flexible Polyethylene Foam Pipe Insulation | McMaster-Carr | 4530K162 | 3/4" thick wall; 1/2" inner diameter; R Value 3; 6' long Name in Protocol: foam pipe insulation |
| Plastic tubing | use any tubing that fits the airline connection in the lab and long enough to travel from the airline connection to the front of the aquarium | ||
| DATALOGGER | |||
| Armature Multiplexer Module for 34970A/ 34972A, 20-Channel |
Keysight Technologies | 34901A | Name in Protocol: datalogger multichannel |
| Benchvue or Benchlink software | Benchvue or Benchlink | Name in Protocol: temperature transducer software | |
| Data Acquisition/Switch Unit. GPIB, RS232 | Keysight Technologies | 34970A | Name in Protocol: datalogger |
| USB/GPIB interface | Keysight Technologies | 82357B | Name in Protocol: datalogger USB |
| datalogger multichannel | |||
| Schott Fostec -Llc 20510 Ace Fiber Optic Light Source | Schott Fostec | A20500 | 3115PS-12W-B20 115 V ~AC 50/60Hz 5/4.5 W Name in Protocol: light source unit |
| Schott Fostec light source guide - single bundle | Schott Fostec | A08031.40 | Name in Protocol: fiber optic light source cable |
| METHANE GAS AND REGULATOR | |||
| 1/4 OD in. x 20 ft. Copper Soft Refrigeration Coil | Everbilt | Model # D 04020PS | For pressurizing ISCO pressure pump. An additional pack is needed for coolant circulation, as listed below. Name in Protocol: high pressure-rated 1/4” copper pipe |
| Methane cylinder regulator | Airgas | Y11N114G350-AG | Name in Protocol: methane cylinder regulator |
| Methane gas cylinder | Airgas | ME UHP300 | Name in Protocol: methane gas cylinder |
| PRESSURE PUMP | |||
| 1/4 in. flexible tubing, ~ 3 ft. | Connect to pump inlet for leak test Name in Protocol: 1/4" flexible tubing |
||
| 260D Syringe Pump W/Controller | Teledyne Instruments Inc. | 67-1240-520 | Name in Protocol: pressure pump |
| Controller − Ethernet/USB | Teledyne Instruments Inc. | 62-1240-114 | Purchase if you would like to install Labview onto computer and control pressure pump remotely. We did not do this. |
| Smooth-Bore Seamless 316 Stainless Steel Tubing, 1/4" OD, 0.035" Wall Thickness, 1 Foot Long (x5) | McMaster-Carr | 89785K824 | Name in Protocol: 1/4" pipe |
| Smooth-Bore Seamless 316 Stainless Steel Tubing, 1/8" OD, 0.02" Wall Thickness, 1 Foot Long (x4) | McMaster-Carr | 89785K811 | Name in Protocol: 1/8" pipe |
| Stainless Steel Swagelok Tube Fitting, Reducing Union, 1/4 in. x 1/8 in. Tube OD (x4) | Swagelok | SS-400-6-2 | Name in Protocol: 1/8” to 1/4” adapter |
| PRESSURE CELL | |||
| 316 Stainless Steel Nut and Ferrule Set (1 Nut/1 Front Ferrule/1 Back Ferrule) for 1/4 in. Tube Fitting (20) | Swagelok | SS-400-NFSET | Used for fitting connections where necessary Name in Protocol: ferrule set |
| 316L Stainless Steel Convoluted (FM) Hose, 1/4 in., 316L Stainless Steel Braid, 1/4 in. Tube Adapters, 60 in. (1.5 m) Length | Swagelok | SS-FM4TA4TA4-60 | Connects pressure pump to pressure cell Name in Protocol: 1/4" braided stainless steel flexible pressure-rated hose |
| ABAQUS | ABAQUS FEA | Name in Protocol: simulation software | |
| Abrasion-Resistant Cushioning Washer for 7/8" Screw Size, 0.875" ID, 2.25" OD, packs of 10 (x1) | McMaster-Carr | 90131A107 | Name in Protocol: 2.25" rubber washer |
| Abrasion-Resistant Sealing Washer, Aramid Fabric/Buna-N Rubber, 3/8" Screw Size, 0.625" OD, packs of 10 (x1) | McMaster-Carr | 93303A105 | Used for illumination port |
| Acrylic Sheet | White 2447 / WRT31 Extruded Paper-Masked (Translucent 55% (0.118 x 12 x 12) |
Interstate Plastics | ACRW7EPSH | Machine a circle of acrylic to fit in the inner chamber of the pressure cell to serve as the background for imaging Name in Protocol: acrylic disc |
| AutoCAD | AutoCAD | Name in Protocol: engineering design software | |
| Conax fitting | Conax Technologies | 311401-011 | TG(PTM2/)-24-A6-T, OPTIONAL 1/4" NPT Name in Protocol: pressure seal connector |
| High Accuracy Oil Filled Pressure Transducers/Transmitters for General industrial applications (x2) |
Omega Engineering, Inc. | PX409-3.5KGUSBH | Buy two so there is a backup. Name in Protocol: pressure transducer |
| HIGH PRESSURE CHAMBER PARTS | Wither Tool, Die and Manufacturing Company | Machining for pressure cell parts as listed in CAD drawings (Figure S1) Name in Protocol: Part B = stainless steel washer |
|
| High-Strength 316 Stainless Steel Socket Head Screw, M5 x 0.80 mm Thread, 14 mm Long (x20) | McMaster-Carr | 90037A119 | Used for illumination port |
| High-Strength 316 Stainless Steel Socket Head Screw, M8 x 1.25 mm Thread, 25 mm Long (x20) | McMaster-Carr | 90037A133 | Name in Protocol: M8 stainless steel screws |
| Oil-Resistant Hard Buna-N O-Ring, 3/32 Fractional Width, Dash Number 120, packs of 50 (x1) | McMaster-Carr | 5308T178 | Name in Protocol: 1" o-ring |
| Oil-Resistant Hard Buna-N O-Ring, 3/32 Fractional Width, Dash Number 128, packs of 50 (x1) | McMaster-Carr | 5308T186 | Name in Protocol: 1.5" o-ring |
| Omega Inc. pressure transducer software | Omega Engineering, Inc. | Name in Protocol: pressure transducer software | |
| Polycarbonate Disc | McMaster-Carr | 8571K31 | Listed in CAD drawings for illumination port, Fig. S1 Part E |
| Sapphire windows (x3) | Guild Optical Associates, Inc. | Optical Grade Sapphire Window, C-Plane Diameter: 1.811” ±.005” Thickness: .590” ±.005” Surface Quality: 60/40 Edges ground and safety chamfered |
Buy three so there are two backups. Name in Protocol: sapphire window |
| Solid Thermocouple Wire FEP Insulation and Jacket, Type K, 24 Gauge, 50 ft. Length (x1) | McMaster-Carr | 3870K32 | Name in Protocol: thermocouples |
| Stainless Steel Integral Bonnet Needle Valve, 0.37 Cv, 1/4 in. Swagelok Tube Fitting, Regulating Stem (x4) | Swagelok | SS-1RS4 | Two will be used for the pressure pump as well. Name in Protocol: 1/4" needle valves |
| Stainless Steel Pipe Fitting, Hex Nipple, 1/4 in. Male NPT (x2) | Swagelok | SS-4-HN | Used for illumination port |
| Stainless Steel Swagelok Tube Fitting, Female Branch Tee, 1/4 in. Tube OD x 1/4 in. Tube OD x 1/4 in. Female NPT (x2) | Swagelok | SS-400-3-4TTF | Used with pressure transducer Name in Protocol: branch tee fitting |
| Stainless Steel Swagelok Tube Fitting, Male Connector, 1/4 in. Tube OD x 1/4 in. Male NPT (x4) | Swagelok | SS-400-1-4 | Used on top port and side port leading to needle valves Name in Protocol: NPT screws |
| Stainless Steel Swagelok Tube Fitting, Port Connector, 1/4 in. Tube OD (x8) | Swagelok | SS-401-PC | Use as tube connections between NTP and valve connections Name in Protocol: port connector fitting |
| TANK | |||
| 1/4 OD in. x 20 ft. Copper Soft Refrigeration Coil | Everbilt | Model # D 04020PS | For circulating coolant Name in Protocol: 1/4" copper pipe |
| 10 gallon aquarium | Tetra | Name in Protocol: 10 gallon tank | |
| 2 oz. Waterweld | J-B Weld | Model # 8277 | Name in Protocol: underwater sealant |
| 3 in. x 25 ft. Foil Backed Fiberglass Pipe Wrap Insulation | Frost King | Model # SP42X/16 | For wrapping around aquarium Name in Protocol: foil-lined fiberglass |
| 3/8 7/8 in. Stainless Steel Hose Clamp (10 pack) | Everbilt | Model # 670655E | Name in Protocol: worm drive hose clamps |
| Styrofoam | Name in Protocol: insulating material | ||
| TOOLS | |||
| 1-1/8 in. Ratcheting Tube Cutter | Husky | Model # 86-036-0111 | |
| 1/2 in. to 1 in. Pipe Cutter | Apollo | Model # 69PTKC001 | |
| Adjustable wrench (x2) | Steel Core | Model # 31899 | Need two wrenches with jaw at least 1" |
| Allen wrench set | Home Depot | ||
| Duct tape | Name in Protocol: duct tape | ||
| Flexible tubing, like an IV line, to fit on the end of grainger probe (canula) | Name in Protocol: IV tube | ||
| Grainger 18 gauge probe | Grainger | For inserting droplet Name in Protocol: cannula |
|
| High Vacuum Grease | Dow corning | Apply to o-rings before inserting sapphire window Name in Protocol: vacuum grease |
|
| Klein Tools Professional 90 Degree 4-in-1 Tube Bender | Klein Tools | Model # 89030 | Name in Protocol: tube bender |
| Snoop liquid leak detector | Swagelok | MS-SNOOP-8OZ | To detect leaks when pressurized when methane Name in Protocol: liquid leak detector |
| Suction cup | Home Depot | For removing tight fitting sapphire window Name in Protocol: suction cup |
|
| Teflon Tape | Name in Protocol: plumber's tape | ||
| Temflex 3/4 in. x 60 ft. 1700 Electrical Tape Black | 3M | Model # 1700-1PK-BB40 | Name in Protocol: electrical tape |
References
- Bohrmann, G., Torres, M. E. Gas hydrates in marine sediments. Marine Geochemistry. Schulz, H. D., Zabel, M. , Springer. Heidelberg, Germany. 481-512 (2006).
- Ruppel, C. D., Kessler, J. D. The interaction of climate change and methane hydrates. Reviews of Geophysics. 55 (1), 126-168 (2017).
- Hammerschmidt, E. G. Formation of gas hydrates in natural gas transmission lines. Industrial and Engineering Chemistry. 26, 851-855 (1934).
- Ke, W., Kelland, M. A. Kinetic hydrate inhibitor studies for gas hydrate systems: a review of experimental equipment and test methods. Energy & Fuels. 30 (12), 10015-10028 (2016).
- Kelland, M. A. A review of kinetic hydrate inhibitors from an environmental perspective. Energy & Fuels. 32 (12), 12001-12012 (2018).
- Walker, V. K., et al. Antifreeze proteins as gas hydrate inhibitors. Canadian Journal of Chemistry. 93 (8), 839-849 (2015).
- Bruusgaard, H., Lessard, L. D., Servio, P. Morphology study of structure I methane hydrate formation and decomposition of water droplets in the presence of biological and polymeric kinetic inhibitors. Crystal Growth & Design. 9 (7), 3014-3023 (2009).
- Jung, J. W., Espinoza, D. N., Santamarina, J. C. Properties and phenomena relevant to CH4-CO2 replacement in hydrate-bearing sediments. Journal of Geophysical Research. 115 (10102), 1-16 (2010).
- Chen, X., Espinoza, D. N. Ostwald ripening changes the pore habit and spatial variability of clathrate hydrate. Fuel. 214, 614-622 (2018).
- DuQuesnay, J. R., Diaz Posada, M. C., Beltran, J. G. Novel gas hydrate reactor design: 3-in-1 assessment of phase equilibria, morphology and kinetics. Fluid Phase Equilibria. 413, 148-157 (2016).
- Udegbunam, L. U., DuQuesnay, J. R., Osorio, L., Walker, V. K., Beltran, J. G. Phase equilibria, kinetics and morphology of methane hydrate inhibited by antifreeze proteins: application of a novel 3-in-1 method. The Journal of Chemical Thermodynamics. 117, 155-163 (2018).
- Espinoza, D. N., Santamarina, J. C. Water-CO2-mineral systems: Interfacial tension, contact angle, and diffusion - Implications to CO2 geological storage. Water Resources Research. 46 (7537), 1-10 (2010).
- Sloan, E. D., Koh, C. A. Clathrate Hydrates of Natural Gases. 3rd edn. , CRC Press. (2007).
- Makogon, I. F. Hydrates of natural gas. , PennWell Books. Tulsa, Oklahoma, USA. 125 (1981).
- Johnson, A. M., et al. Mainly on the plane: deep subsurface bacterial proteins bind and alter clathrate structure. Crystal Growth & Design. 20 (10), 6290-6295 (2020).
