Name: לימוד השפעות הסקר על התגבשות מימה ב ממשקי שמן מים באמצעות מכשיר מודולרי משולב בעלות נמוכה (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-03-18T12:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 31 s
Description: חקור את תהליך התגבשות המימה בממשקי שמן-מים באמצעות מערכת ויזואליזציה בעלות נמוכה. השיטה מאפשרת ללמוד על מנגנוני ההעכבה של סורפקטנטים לא יוניים ולזהות סוגי גבישים שונים.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

המחברים מודים לאגודה האמריקנית לכימיה-קרן מחקר נפט (ACS-PFR), מספר גרנט: PRF 57216-UNI9, לתמיכה כספית.

1. היווצרות מימה על droplet מים בתוך ציקלופנטאן
הערה: ההליך הניסיוני המתואר להלן הוא לחקר היווצרות מימה על droplet מים ב ציקלופנטאן באמצעות הנייד IMPd והדמיה מימה תיאר במבוא.
<ol><li>הצמד המחט G 19 על מזרק זכוכית 1 mL (איור 2ב, ג).</li>
	<li>לשטוף את מזרק זכוכית 1 mL ו 19 גרם מחט 3x עם מים DI.</li>
	<li>ממלאים את המזרק במים די.</li>
	<li>מלא את תא ההדמיה המימה (איור 2ב', י) עם 25 מ ל של ציקלופנטאן.</li>
	<li>באמצעות מזרק, להוסיף droplet של מים DI (כלומר, 50-100 μL) בחלק התחתון של התא הדמיה מימה. . המים האלה הם הזרע הערה: יש למקם את הטיפה בתחתית תא ההדמיה הימה. מטרת הזרע מימה היא ליזום את היווצרות המיים וליצור התגררות עקבית ומעקב אחר קצב הצמיחה.</li>
	<li>הצב את חיישן הטמפרטורה בתוך תא ההדמיה המיים, קרוב לתחתית התא.</li>
	<li>שים את העטיפה אקריליק על תא הדמיה מימה כדי למנוע אידוי של ציקלופנטאן. השתמש בברגים כדי לשמור על הכיסוי במקומו.</li>
	<li>כוונן את האורות והמצלמה להתמקדות. להתאים את המוקד על הזרע מימה.</li>
	<li>הגדר את טמפרטורת הלוח ל-5 ° c בהתקן בקרת הטמפרטורה.</li>
	<li>בדוק את ערכי הטמפרטורה שנקראו על-ידי חיישן הטמפרטורה.</li>
	<li>לאחר הטמפרטורה מגיע-5 ° צ', ודא את ה-droplet בתחתית (זרע מימה) פונה לקרח.</li>
	<li>הגדר את טמפרטורת הלוח עד 2 ° c בהפרשים של 0.5 ° c.</li>
	<li>כאשר הטמפרטורה מגיעה ל-2 ° c, ממלאים את הצנרת עם מים בעזרת המזרק, ומוריד את הקרס לתוך הציקלופנטאן עד 5 דקות. הערה: טמפרטורה זו מבטיחה את הקרח המוצק מומר למים, כי המערכת מעל נקודת התכה של קרח, אך מתחת לזה של ציקלופנטאן הידרטים11.</li>
	<li>. תתחיל להקליט עם המצלמה</li>
	<li>לחץ על התחל מדידה על תוכנת מתמר לחץ כדי להתחיל את ההקלטות מתמר דיגיטלי.</li>
	<li>. חבר את המזרק למשאבת המזרק</li>
	<li>הגדר את משאבת המזרק כדי להזריק נפח של 2 μL ולהפעיל. המזרק יספוג את המים לתוך אמבט ציקלופנטאן כדי ליצור את ה-droplet השקוע.</li>
	<li>השתמש בעצת מחט כדי להסיר חלק קטן של הזרע מימה.</li>
	<li>הביאו את עצת המחט עם פיסת הזרע מימה (איור 3א) לתוך מגע קצר עם Droplet המים (איור 3ב) כדי ליזום את היווצרות של מימה על droplet מים.</li>
	<li>לחץ על הרשומה בתוכנת לכידת המצלמה. הקלטת תמונות של תהליך התגבשות של חצי הכדור של droplet מהמצלמה ב-1 Hz.</li>
</ol>2. מייבשים את המערך על משטח המים droplet בתוך ציקלופנטאן
הערה: ניסויים התגבשות מימה עם פתרונות מפעילי חומרים מבוצעים באותו אופן כמו מים טהורים. עם זאת, כאשר משתמשים בפתרון מפעילי האתר כדי ללמוד את האפקט הסורפסטנט על התגבשות מימה יש צורך למצוא את הריכוז מיצלה קריטי (CMC) של כל מבקר. ניתן למצוא את ה-CMC בספרות9 או באמצעות השיטה המתוארת להלן.
<ol><li>הכינו 50 מ ל של פתרונות סטנדרטיים של sorbitane monolaurate, יתד-PPG-יתד, ופוליוקסייטהריאורםהמאלף על ידי המסת מסה מוערכת של כל מפעילי הארגון לתוך המים המיוטים כדי להכין סדרה של 12 פתרונות של כל מפעילי הארגון, כל אחד מייצג ריכוז שונה הנע בין 10-4 g/100 מ"ל – 1 g/100 ml.</li>
	<li>הכינו פתרונות של סורביאן monooleate ב ציקלופנטאן בריכוזים שונים. הערה: ציקלופנטאן משמש עקב רמה גבוהה של הידרופוביניטי ומסיסות נמוכה של sorbitane monooleate במים. באותו ריכוזים משמשים גם לסורביאן monooleate.</li>
	<li>למדוד את המתח פני השטח של כל פתרון הסקר באמצעות שיטת זקיף.<ol>
<li>מניחים את משאבת מזרק מזרק אנכית כפי שמוצג באיור 4 כדי לספור טיפות נפילה.</li>
		<li>התוכנית המשאבה לגרש 1 mL של הפתרון בשיעור של 0.5 mL/min ולשחרר את הטיפות לאוויר.</li>
		<li>השג את אמצעי האחסון הצונח (V) כממוצע על-ידי חילוק של 1 mL במספר הטיפות הצפות.</li>
		<li>מבחן כל פתרון לפחות 3x.</li>
		<li>חישוב מתח בין הפנים באמצעות <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/60391/60391eq1.jpg"> כאשר g היא ההאצה בשל הכבידה, Δp הוא שינוי הצפיפות בממשק (כלומר, ההבדל הצפיפות בין הפתרון הגולש והאוויר), V הוא נפח droplet, F הוא תיקון ניסיוני שניתנה על ידי12 <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/60391/60391eq2a.jpg"> הערה: לחילופין, ניתן למצוא מתח מפני השטח של מספר פתרונות מפעילי הרכב בספרות9.</li>
		<li>מתווה את המתח הפני-שטח כפונקציה של ריכוז. המתח מפני השטח יקטן בריכוז הולך וגובר עד שהוא משטע והופך לקבוע.</li>
		<li>מצא את CMC עבור כל שאיפה (כלומר, את הריכוז שבו מתח פני השטח משטחת) ולהשתמש בו בניסויים. הערה: הגברת הריכוז הגולש לא תשנה את המתח של פני השטח.</li>
	</ol>
</li>
	<li>חזור על ההליך הניסיוני בסעיף 1, אבל במקום המים להשתמש בפתרון החומרים בריכוזים שונים לעומת CMC (כלומר, 0.1 x CMC, 1x CMC, ו 10x CMC).</li>
</ol>3. עיבוד תמונה ומדידות לחץ פנים
הערה: מעקב אחר צמיחת המיים החרופית והמיאלית מבוצעת באמצעות שיטות ניתוח חזותי. התוכנות המשמשות לשימוש מתוארות בטבלת החומרים. דוגמה לזיהוי מתאר וצביעה ניתן למצוא באיור 5. בגלל המצלמה רק לוכדת הקרנה דו-ממדית של ה-droplet כדורית, שחזור תלת-ממד צריך להיווצר.
<ol><li>מעקב אחר הצמיחה המיימה<ol>
<li>פתחו את התמונה הראשונה של רצף התמונות באמצעות תוכנת עיבוד תמונה.</li>
		<li>השתמשו בכלי אורך בתוכנה כדי למדוד את אורך צינור הפליז בתמונה.</li>
		<li>קבעו את קנה המידה של צינור הפליז בתמונה המבוססת על הקוטר הידוע של 1/16 בתוך. (1.588 מ"מ).</li>
		<li>בחר באפשרות 10 תמונות מרווחים באופן שווה מכל רצף. התמונות אמורות ללכוד את התהליך המלא, מנקודת התגררות להמרת droplet מלאה.</li>
		<li>חזור על הגדרת קנה המידה (שלבים 3.1.1-3.1.3) עבור 10 התמונות הנבחרות.</li>
		<li>השתמש בתוכנה כדי לזהות ידנית את מתאר הפתיח בכל מסגרת. סמן את המתאר באדום (איור 5ב).</li>
		<li>השתמש בתוכנה כדי לזהות באופן ידני את המתאר של הימה בכל מסגרת. צבע את כל האזור של האזור כולו של הימה בשחור (איור 5ב).</li>
		<li>השתמש בתוכנת דוגמנות מתמטית כדי ליצור שחזור תלת-ממדי של הירידה כתיקון לאזור פני השטח. הערה: פרטים מלאים על בניית שטח המשטח התלת-ממדי מתוארים ב-Dann et al.13.</li>
	</ol>
</li>
	<li>מדידות הפנים הממוצעת לכאורה הערה: לחץ הפנים הממוצע לכאורה מחושב באמצעות נתוני הלחץ הפנימי שנאסף מתוך מתמר הלחץ.<ol>
<li>השתמש בנתונים המוקלטת מתוך מתמר הלחץ (ΔP).</li>
		<li>עבור כל נקודת נתונים, השתמש בקשר היאנג-לפלס14 כדי לקבוע את המתח הפנימי הממוצע לכאורה (y), <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/60391/60391eq3.jpg"> כאשר r1 ו- r2 הם ה-droplet של עקמומיות ו-ΔP הוא השינוי בלחץ בתוך ה-droplet יחסית ל- t = 0. הערה: בתקופה ההתחלתית שלאחר היווצרות droplet, שני הרדינים הם שווים בערך, ולכן r1 ו- r2 במשוואה לפלס צעיר ניתן להחליף עם רדיוס של שחרור מראש 2 μl שווה ל-R = 782 יקרומטר.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Graham, B., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGraham%2C+B+%22Deep+water%3A+The+Gulf+Oil+disaster+and+the+future+of+offshore+drilling.+Report+to+the+President%22">Deep water: The Gulf Oil disaster and the future of offshore drilling. Report to the President</a>. , (2011).</li>
<li>Hammerschmidt, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Formation+of+gas+hydrates+in+natural+gas+transmission+lines%5BTitle%5D)+AND+%22Industrial+%26+Engineering+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Formation of gas hydrates in natural gas transmission lines.</a> Industrial & Engineering Chemistry. 26, 851-855 (1934).</li>
<li>Sloan, E. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+changing+hydrate+paradigm-from+apprehension+to+avoidance+to+risk+management%5BTitle%5D)+AND+%22Fluid+Phase+Equilibria%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Anti-agglomeration+in+cyclopentane+hydrates+from+bio-+and+co-surfactants%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+%26+Fuels%22%5BJournal%5D)">Anti-agglomeration in cyclopentane hydrates from bio- and co-surfactants.</a> Energy & Fuels. 24, 4937-4943 (2010).</li>
<li>Sloan, E. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fundamental+principles+and+applications+of+natural+gas+hydrates%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">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://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSloan%2C+ED+%22Clathrate+Hydrates+of+Natural+Gases%22">Clathrate Hydrates of Natural Gases</a>. , CRC Press. Boca Raton, FL. (2007).</li>
<li>Lee, J. D., Englezos, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unusual+kinetic+inhibitor+effects+on+gas+hydrate+formation%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Engineering+Science%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Effect+of+surfactant+carbon+chain+length+on+hydrate+formation+kinetics%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Petroleum+Science+and+Engineering%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Surfactant+effects+on+hydrate+crystallization+at+the+water-oil+interface%3A+hollow-conical+crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Crystal+Growth+%26+Design%22%5BJournal%5D)">Surfactant effects on hydrate crystallization at the water-oil interface: hollow-conical crystals.</a> Crystal Growth & 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/pubmed?term=((Growth+kinetics+and+mechanics+of+hydrate+films+by+interfacial+rheology%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Calorimetric+investigation+of+cyclopentane+hydrate+formation+in+an+emulsion%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Engineering+Science%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Harkins-brown+correction+factor+for+drop+formation%5BTitle%5D)+AND+%22AIChE+Journal%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Surfactant+effect+on+hydrate+crystallization+at+oil-water+interface%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">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://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aIbach%2C+H+%22Physics+of+Surfaces+and+Interfaces%22">Physics of Surfaces and Interfaces</a>. , Springer Science & Business Media. Berlin, Germany. (2006).</li>
</ol>

. למחברים אין מה לגלות

במאמר זה אנו מתארים טכניקה ניסיונית לחקר התגבשות מימה בממשק מים הנפט בנוכחות של מפעילי nonionic. המנגנון מורכב מערכת בקרת טמפרטורה תא חזותי הכולל תא פליז עם חלונות, מצלמת CMOS, ומתמר הלחץ. מערכת בקרת הטמפרטורה מורכבת של מיקרובקר, צלחת פלאטייר רב עוצמה, 120 מ"מ מיקרו ממדי מעבד כמו גוף הקירור, ו חיישן טמפרטורה דיגיטלית עמיד למים. תא פליז חזותי מימה תוכנן עם מצלמה קבועה בחלון וחיישן הלחץ מסוגל למדוד את הלחץ בתוך טיפה. החומרים שנבדקו עם המנגנון היו sorbitane monolaurate, הsorbitane monolaurate, יתד-PPG-יתד, ו polyoxyethylena...

התמריץ להבין את המנגנון של התגבשות מימה ועיכוב נובע מהעובדה כי הידרטים מתרחשים באופן טבעי בצינורות הנפט יכול לגרום לקשיים באבטחת הזרימה. לדוגמה, 2010 מפרץ של מקסיקו שמן לשפוך1 היה תוצאה של הצטברות מימה במערכת צנרת שמן מתחת למים, גרימת זיהום לסביבה. מכאן, הבנת היווצרות מימה ועיכוב היא חיונית כדי למנוע אסונות סביבתיים עתידיים. רוב הכוח המניע למחקר של התגבשות מימה בשנים האחרונות הוא מאמץ של תעשיית הנפט כדי למנוע הזרמת מייבשים וסתימת הזרימה הבאה. המחקר הראשון כדי לקבוע כי הידרטים היו אחראים לצינורות מחוברים שנעשו על ידי האמרשמידט ב 19342. עד היום, יצרני הנפט מוצאים את זה חשוב מאוד להבין ולעכב היווצרות מימה עבור ביטחון הזרימה3.
דרך אחת למנוע היווצרות מימה היא לבודד צינורות מים עמוקים, כך קרח אינו מגבש. עם זאת, זה יקר לבודד כראוי את הצינורות, ואת העלויות הנוספות יכול להיות בסדר של $1 מיליון/km3. מעכבי תרמודינמיים, כגון מתנול, יכולים להיות מוזרק לתוך הראש כדי למנוע היווצרות של הידרטים. עם זאת, יחסי נפח גדול של מים לאלכוהול, כמו גדול 1:1, נחוצים על מנת למנוע כראוי את היווצרות של הידרטים4. לאחרונה, העלות הגלובלית לשימוש מתנול עבור מניעה מימה דווחה כ $220 מיליון/שנה. זה לא כמות בת קיימא של שימוש באלכוהול5. בנוסף, השימוש במתנול הוא בעייתי משום שהוא מסוכן לסביבה ואינו יכול לשמש להובלה בקנה מידה גדול5. לחילופין, מעכבי קינטי, כגון surfactants, יכול לדכא צמיחה מימה בכמויות קטנות וטמפרטורות של עד 20 ° c6. מכאן, נוכחות הגולש יכול להפחית את כמות גדולה של אלכוהול הדרושים למניעה מימה.
פעילי החומרים נחשבים מעכבי טובה עבור התגבשות מימה בשל שתי סיבות עיקריות:
1) הם יכולים לעכב את היווצרות המים באמצעות שינויי רכוש המשטח; ו 2) הם בתחילה לעזור היווצרות של תאים מימה, אך למנוע צמיחה נוספת והנפת הגביש במורד צינור7. למרות פיתחה הוכיחו להיות יעיל מעכבי, יש עדיין כמות גדולה של מידע חסר לגבי תהליך התגבשות בנוכחות של מפעילי. בעוד מחקרים מסוימים הראו כי השימוש של הגולש יכול להאריך את הזמן הראשוני התגבשות מימה ב subcoolings מסוימים, מחקרים אחרים מצאו חריגים בריכוזי החומרים הנמוכים. בריכוזים נמוכים של חומרים, טיפות המים נוטות למזג ולהאיץ את תהליך היווצרות מימה8. תהליך העיכוב הוסבר על ידי מולקולות חומרים פעילי שטח מפריעה צמיחה מימה מישורי, כפיית מימה לתוך היווצרות גביש חלול-חרוט. גבישי החרוט מהווים מחסום מכני לגידול גביש9, וכך מעכבים את הצמיחה.
במחקר זה עיצבנו ומיושם בעלות נמוכה, משולב מכשיר Peltier מודולרי (IMPd) יחד עם תא הדמיה מימה והשתמשו בהם כדי לחקור היווצרות ציקלופנטאן מימה בנוכחות של הגולש nonionic. הסיבה לשימוש ציקלופנטאן במקום גזים במשקל מולקולרי נמוך (למשל, CH4 ו-CO2) כי בדרך כלל טופס הידרוטים בתוך מאגרי מים עמוקים, הוא כי גזים אלה דורשים לחצים גבוהים יותר טמפרטורות נמוכות כדי ליצור הידרטים יציבים. מכיוון שהציקלופנטאן יוצרת הידרטים בלחץ סביבתי ובטמפרטורות של עד ~ 7.5 ° c, הוא משמש לעתים קרובות כחומר מודל עבור היווצרות מימה10.
המכשיר המשולב מודולרי פלוייה (IMPd) מורכב מיקרובקר מקור פתוח, לוחית פלטייר, מצנן מעבד (כיור חום), וחיישן טמפרטורה דיגיטלית עמיד למים. המכשיר יכול לספק טמפרטורה מקסימלית דיפרנציאלי של 68 ° c. רזולוציית הטמפרטורה המינימלית היא 1/16 ° c. המערכת כולה, כולל המעגלים החשמליים והחומרה, ניתן לבנות עבור פחות מ $200. חיישן הטמפרטורה מדווח למיקרו-בקר, השולח אותות פלט לטרנזיסטור. הטרנזיסטור מעביר את הזרם ממקור הכוח הDC דרך האלמנט פלטייר. כיור החום מסייע לצנן את האלמנט של פלטייר על ידי הבאת החום המגיע מהצד החם של הפלטייר לאוויר הסביבתי. רכיבי החומרה המורכבים של מערכת IMPd מוצגים באיור 1, b. איור 1ג מציג את סכימטי החיווט עם כל הרכיבים של לולאת הבקרה (אינטגרלי-אינטגרל-בקרי נגזרות) ומספר הפינים. זרם הפלט של המיקרובקר היה מוגבל עם השער השערים R1 לזרם המקסימלי של 23 mA (I = 5 V/220 W). מאפשר למטען השער להתפזר. Figure 1c ולכבות את המערכת כדי לכוונן את בקר ה-PID, שיטות המבוססות על זיגלר-ניקולס בשילוב עם תהליך איטרטיבי משמשות11. סביבת פיתוח משולבת של מיקרובקר (IDE) תוכנה משמשת לניטור ושליחה של פקודות למיקרו-בקר עבור רגולציה בטמפרטורה.
יחד עם IMPd, אנו להחיל גישה הרומן באמצעות טכניקות ויזואליזציה ומדידות לחץ פנימי. תא הדמיה מימה, אשר ממוקם על גבי IMPd, מורכב תא פליז מצויד שני חלונות צפייה פעמיים. החלונות מאפשרים הקלטת וידאו של תהליך היווצרות מימה על droplet המים ב ציקלופנטאן. מצלמה משלימה תחמוצת המתכת (CMOS) ממוקם מחוץ לחלון ומתמר הלחץ מחובר לקו הזרקת מים כדי לקבל את מדידות הלחץ הפנימי של הירידה. יישום מתמר דיגיטלי משמש כדי לקבל את הקריאות של מתמר הלחץ. מציג מצלמה משמש ללכידת סרטי הווידאו והתמונות ממצלמת ה-CMOS. התוכנה שולטת בתדר החשיפה והתמונה. עיבוד תמונה תוכנות משמשות כדי לעקוב אחר התפתחותם של המיים. איור 2a מראה תיאור סכמטי של התא הדמיה מימה ואיור 2ב מראה סקירה של המערכת הניסיונית כולה. הזרע מימה (איור 2א) נדרש לצורך התגררות עקבית ומעקב אחר שיעור הצמיחה המיימה. הזרע מימה הוא כרך קטן (למשל, 50-100 μL) של מים טהורים הופקד על רצפת התא מימה. כאשר הטמפרטורה פוחתת, צורות הירידה קרח, אשר לאחר מכן פונה מימה כמו הטמפרטורה עולה. החלק הקטן של הזרע מימה ואז לקשר את droplet המים. תהליך זה שולט בתחילתן של המים הזורמים בתוך ה-droplet של מי התהום. התייבשות סיליקה צביעות מוכנס לפער בין שתי שקופיות זכוכית (איור 2ג), המשמשים כחלונות צפייה. החומר לייבוש סיליקה מסייע להפחית את כמות הציפוי והערפול על החלונות. האנטי-ערפל מוחל גם על החלון החיצוני כדי להפחית את הערפול. תמונות נלכדים עם מצלמת CMOS ו 28-90 מ"מ עדשה. מנורה 150 W סיבים אופטיים אווז משמש לתאורה. כיסוי אקרילי מונח על גבי תא הפליז כדי להגביל את האידוי של ציקלופנטאן. הצנרת מורכבת משילוב של צינורות פוליטפלואורואתילן גמישים וצינורות פליז קשיחים. משאבת מזרק עם מזרק זכוכית 1 mL ו 19 המחט G שליטה זרימת המים ופתרון החומרים. מתמר לחץ מפקחת על שינויי הלחץ. בתוך התמיסה של המים, droplet 19 G מצוכי אבובים מחבר את המזרק ל T-התאמה ו-1/16. (1.588 מ"מ) פליז אבובים מחבר את מתמר ומפליז לחבר T-התאמה (איור 2ד). קרס פליז, כ 5 ס מ אורך עם עיקול 180 מעלות, מייצר את המים/הפתרון החומרים droplet. העיקול מבטיח כי ה-droplet שנוצר על-ידי המזרק, מונח על גבי הצינורית במהלך הניסוי. 1/16 בתוך. פלדת אל-חלד המתאימה בשילוב עם כללי המרמוס והדבק הנייר חותם את האביזרים.
באמצעות מכשיר זה, בדקנו ארבעה מפעילי nonionic שונים עם יתרות שונות הידרופיפילית ליפופילית (HLB) כי הם משמשים בדרך כלל בתעשיית הנפט: sorbitane monolaurate, sorbitane monolaurate, יתד-PPG-יתד, ו polyoxyethyאורביניםבית . זה מאוד מהנה

<table><tbody><tr><td>1/16 אינץ' Swagelok 316 נירוסטה T-fitting</td><td>Swagelok</td><td></td><td></td></tr><tr><td>19 מד PTFE צינורות</td><td>Scientific Commodities, Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>מחט 19 מד (דגם: 1001 LTSN SYR)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>DS18B20 חד-חוטי - חיישן</td><td></td><td></td><td></td>טמפרטורה דיגיטלי עמיד למים</tr><tr><td>נגד ערפל RainX</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Arduino Leonardo מיקרו-בקר</td><td></td><td></td><td></td>קוד פתוח</tr><tr><td>צינורות פליז 1/16 אינץ'.</td><td>K& S Precision Metals</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Chemyx Fusion 100 משאבת עירוי</td><td>Chemyx</td><td></td><td></td></tr><tr><td>cMOS מצלמה acA640-750um</td><td>Basler</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cyclopentane 98% טהור במיוחד</td><td>ACROS אורגני</td><td>AC111481000</td><td></td></tr><tr><td>סיבים אופטיים מנורת צוואר אווז 150W</td><td>AmScope</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Fotodiox צינורות הארכת מאקרו, 35 מ"מ</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>מזרק זכוכית המילטון 1 מ"ל</td><td></td> תוכנת <td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td>Hamilton<td>ImageJ</td></tr><tr><td>מתאם Kipon EOS ל-C-mount</td> עדשת <td>Kipon</td><td></td><td></td></tr><tr><td>28-90 מ"מ</td> תוכנת <td>Canon</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Mathematica</td><td></td><td></td><td>מתמר לחץ מתמר</td></tr><tr><td>לחץ OMEGA PX409-10WGUSBH</td> צלחת <td>OMEGA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Peltier TEC1-12715</td><td>Amazon</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pluronic L31 (PEG-PPG-PEG)</td><td>סיגמא אולדריץ'</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 (סורביטן לאורט, סורביטן מונולאורט)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>1338-39-2</td><td></td></tr><tr><td>טווח 80 (Sorbitan Monooteate)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>1338-43-8</td><td></td></tr><tr><td>Thermaltake NiC C4 מעבד 120 מ"מ מצנן יותר</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>ספק</td><td></td><td></td><td></td> כוח Tooluxe DC משתנה</tr></tbody></table>

לימוד השפעות הסקר על התגבשות מימה ב ממשקי שמן מים באמצעות מכשיר מודולרי משולב בעלות נמוכה

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

אנו מציגים גישה כדי ללמוד את היווצרות וצמיחה של הידרטים תחת השפעה של מפעילי nonionic. המערכת הניסיונית כוללת וסת טמפרטורה, טכניקות ויזואליזציה ומדידות לחץ פנימי. מערכת בקרת הטמפרטורה מכילה מווסת טמפרטורה בעלות נמוכה וניתנת לתיכנות העשוי מרכיבים מוצקים של המדינה. יחד עם מערכת בקרת טמפרטורה, אנו משולבים טכניקות ויזואליזציה ומדידות לחץ פנימי כדי ללמוד היווצרות מימה ועיכוב בנוכחות של מפעילי nonionic. למדנו את היכולת המממנת-מעכבים של nonionic הגולש (sorbitane monolaurate, בריכת שייט, יתד-PPG-יתד, ופוליוקסריםביריאורביריבינטאנייטה בזול (כלומר, 0.1 CMC), בינוני (כלומר, CMC) וגבוה (כלומר, 10 CMC) ריכוזי. נוצרו שני סוגי גבישים: מישורי וחרותיים. קריסטלים מישורי נוצרו במים פשוטים ובריכוזים נמוכים של חומרים. גבישים חרוטיים נוצרו בריכוזים גבוהים של חומרים. תוצאות המחקר מראים כי גבישים חרוטיים הם היעילים ביותר במונחים של עכבות מימה. מכיוון שקריסטלים חרוטיים אינם יכולים לצמוח מעבר לגודל מסוים, שיעור הצמיחה המימיים כגביש חרוט איטי יותר מקצב הגידול המימיים כגביש מישורי. לפיכך, החומרים האלה שכוח הידרוטים ליצירת קריסטלים חרוטיים הם היעילים ביותר. מטרת הפרוטוקול היא לספק תיאור מפורט של מערכת ניסיונית המסוגלת לחקור את תהליך התגבשות הציקלופנטאן על פני השטח של droplet מים בנוכחות של מולקולות הסורסטנט.

באמצעות מערכת ניסיונית זו ניתן לבחון את היווצרות מימה על ממשק מים שמן ולמדוד את המתח הפנימי הקשור לתהליך התגבשות. איור 6 מציג קבוצה ייצוגית של תוצאות הכוללות היווצרות גביש ומתח פנים. בצמיחה פגז מישורי (איור 6א), הגביש גדל משני הקטבים לכיוון המשווה. מסיבה זו, בגביש מישורי, הפגז מימה גדל ללא הרף. במים טהורים וריכוזי החומרים הנמוכים שיצרו מבנה מישורי של מעטפת, כפי שניתן לראות באיור 6א. השינוי בלחץ והמת...

אנו מציגים פרוטוקול ללמוד את היווצרות של הידרטים בנוכחות של מפעילי nonionic על הממשק של droplet מים שקוע ב ציקלופנטאן. הפרוטוקול כולל בניית וסת. בעלות נמוכה, ניתן לתיכנות ומווסת טמפרטורה מערכת בקרת הטמפרטורה משולבת עם טכניקות ויזואליזציה ומדידות לחץ פנימי.

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

הפרוטוקול ישים בחקר ההשפעה של מעכבי פעילי שטח על גבישי הידרט. הוא מספק מידע הן על סוג הגביש והן על מנגנון העיכוב. חבר מחט 19 מד למזרק זכוכית מיליליטר אחד.לשטוף את המחט ואת המזרק שלוש פעמים עם מים deionized ולאחר מכן למלא את המזרק עם מים deionized. לאחר מכן, למלא את תא הדמיה הידרט עם 25 מיליליטר של ציקלופנטאן. באמצעות המזרק, להכניס טיפה של מים deionized בתחתית תא הדמיה הידרט.טיפת המים הזו היא הידרט הזרעים. לאחר מכן, מקם את חיישן הטמפרטורה בתוך תא הדמיה הידראט קרוב לתחתית התא. כדי למנוע אידוי של הציקלופנטאן, שים את המכסה האקרילי על התא והברג את המכסה במקומו.כוונן את האורות ואת המצלמה כדי להתמקד בהידרציה של הזרעים. באמצעות מכשיר בקרת הטמפרטורה, להגדיר את הטמפרטורה של צלחת פלטייה לחמש מעלות צלזיוס שליליות. נטר את הערכים המדווחים מחיישן הטמפרטורה.כאשר הטמפרטורה מגיעה שלילי חמש מעלות צלזיוס, ודא את הזרע לחות בחלק התחתון של תא הדמיה הידרט הופך לקרח. הגדר את הטמפרטורה של צלחת פלטייה לשתי מעלות צלזיוס במרווחים של 0.5 מעלות צלזיוס. כאשר הטמפרטורה מגיעה לשתי מעלות צלזיוס, ממלאים את הצנרת במים באמצעות המזרק.לאחר מכן, להוריד את וו פליז לתוך הציקלופנטאן ולאפשר לו לצייד במשך חמש דקות. באמצעות התוכנה עבור מתמר הלחץ, לחץ על לחצן התחל כדי להפעיל את הקלטות המתמר הדיגיטלי. חבר את המזרק למשאבת המזרק, הגדר את משאבת המזרק כדי להזריק נפח של שני מיקרוליטרים ולהפעיל אותו.המזרק יכניס את המים לאמבטיה הציקלופנטנית כדי ליצור טיפת מים שקועה. השתמש קצה מחט כדי להסיר חתיכה קטנה של הידרט הזרע. הביאו את קצה המחט עם חתיכת הידרט הזרע למגע קצר עם טיפת המים כדי ליזום את היווצרות הידרט.לחץ על התחל הקלטה בתוכנת לכידת המצלמה. הקלט תמונות של תהליך ההתגבשות בהרץ אחת. כדי למצוא את ריכוז מיקל הקריטי, התחל בהכנת פתרונות סטנדרטיים כמתואר בכתב היד.כדי למדוד את מתח פני השטח של כל פתרון פעילי שטח באמצעות שיטת נטיפים, לתכנת את המשאבה לגרש מיליליטר אחד של פתרון בקצב של 0.5 מיליליטר לדקה. מניחים את משאבת המזרק והמזרק אנכית ומשחררים את הטיפות לאוויר. ספור את מספר הטיפות וחלק מיליליטר אחד במספר הטיפות כדי למצוא את נפח הירידה.עבור כל פתרון, לחשב את המתח פני השטח כמתואר בכתב היד ולתכנן את המתח פני השטח כפונקציה של ריכוז פעילי שטח. הריכוז שבו עקומת מתח פני השטח משתטחת הוא CMC, ריכוז המקל הקריטי. חזור על ההליך המשמש למדידת היווצרות לחות על טיפת מים, אך השתמש בפתרונות פעילי שטח של ריכוזים שונים.השתמש בתוכנת עיבוד תמונה כדי לפתוח את התמונה הראשונה ברצף תהליך ההתגבשות. השתמש בכלי האורך בתוכנה כדי למדוד את קוטר צינור הפליז בתמונה. הגדר את קנה המידה בתמונה בהתבסס על הקוטר הידוע של צינור פליז, אחד 16th של אינץ '.בחרו 10 תמונות במרחב שווה, הלוכדות את התהליך מגרעין להמרת טיפה. עבור כל תמונה, השתמש בתוכנה כדי לזהות באופן ידני את קווי המתאר של הירידה ולסמן את קווי המתאר באדום. לאחר מכן, עקבו ידנית אחר קווי המתאר של הלחות ומלאו את קווי המתאר בשחור.המצלמה לוכדת רק את ההקרנה הדו-מימדית של טיפה כדורית. השתמש בתוכנת מידול מתמטית כדי ליצור שחזור תלת-ממד של הירידה ושטח הפנים המכסה על ידי הידרט. באמצעות מערכת ניסוי זו, ניתן לבחון היווצרות לחות בממשק מי השמן ולמדוד את הלחץ הבין-גזעי הקשור לתהליך ההתגבשות.במים טהורים וריכוזים נמוכים של פעילי שטח, הלחות יצרה מורפולוגיה של קליפת פלזמה, שגדלה בקצב קבוע משני הקטבים לכיוון קו המשווה. ככל שההידרט גדל, אותו מספר של מולקולות פעילי שטח כבשו שטח קטן יותר, וכתוצאה מכך ירידה בלחץ בין גזעי לאורך זמן. בריכוזים פעילי שטח גבוהים, הידרט גדל כקריסטל חרוט.כאשר הגביש נעשה גדול מספיק, חלק מהחרוט השתחרר מפני השטח של טיפה. דפוס צמיחה זה קרה שוב ושוב באופן נדנוד. לאחר שקריסטל חרוט הגיע לגודל קריטי ומנותק מפני השטח של הירידה, העלייה הפתאומית במשטח הזמין למולקולות פעילי שטח גרמה לעלייה בלחץ הבין-גזעי.גביש החל לצמוח שוב, והניב תבנית נדנוד. רוב הפתרונות האקטיביים מעכבים את צמיחת הלחות בהשוואה למים טהורים. ריכוז גבוה של טריסטראט פוליאוקסיאתילן סורביטן היה המעכב היעיל ביותר.מערכת זו יכולה לספק מידע על מדוע פעילי שטח מסוימים לעכב hydrates טוב יותר מאחרים. המערכת יכולה לשמש גם כדי ללמוד את היווצרות כללית של גבישים בממשקים.

studying-surfactant-effects-on-hydrate-crystallization-at-oil-water

Research

JoVE Journal

Chemistry

כימיה

כאן, אנו מתארים את הייצור והתפעול של מערכת מיקרופלואידית דו-שכבתית העשויה מפולידימתילסילוקסן (PDMS). אנו מדגימים את הפוטנציאל של מכשיר זה ללכידה, הכוונת מסלול הקואורדינציה של חומר מולקולרי גבישי ושליטה בתגובות כימיות על מבנים לכודים על השבב.

כלובי פניאומטיים Microfluidic: גישה חדשנית עבור In-שבב קריסטל שמן, מניפולצית טיפול כימי מבוקרת

שיטה לשילוב עצמי מושרה-הייבוש של biopolymers megamolecular על ממשק הגבישים-נוזלי אוויר מסופקת כאן. מתודולוגיה זו תהיה שימושית לא רק להבנת הפוטנציאלים מקרוסקופית של biopolymers, אלא גם כשיטת הערכה לחומרים רכים בתחומי ביו וסביבתיים.

שיטות העצמי הוא השילוב של Biopolymers Megamolecular על ממשק האוויר-LC הייבוש

המטרה של הליך זה היא לייצר בקלות, במהירות מכשיר microfluidic עם גאומטריה להתאמה אישית והתנגדות נפיחות על ידי נוזלים אורגניים ללימודי שחזור שמן. תבנית polydimethylsiloxane שנוצר first, ואז השתמש להטיל את המכשיר על בסיס אפוקסי. הזחה נציג מחקר הוא דיווח.

מכשירי Microfluidic אפיון תהליכים אירוע בקנה מידה נקבובית בתקשורת נקבובי עבור יישומים התאוששות שמן

מאמר זה מתאר את תהליך microfluidic והפרמטרים להכין הגורמים חלקיקי אלסטומרים גבישי נוזלי. תהליך זה מאפשר הכנת הגורמים חלקיקי, הווריאציות של הגודל והצורה שלהם (מתוך ליבה גולגלת כדי חריפה prolate,-קליפה, מורפולוגיות ג'אנוס) כמו גם סדר הגודל של הופעה.

Microfluidic הכנת Elastomer גבישי נוזלי מפעילים

המטרה הכוללת של הפרוטוקול היא להכין מעל 1,000,000 הורה, אחיד, יציב, ותואם ביולוגי טיפות של ליטר על 1 ס מ2 מצע מישורי שניתן להשתמש בו עבור סינתזה של חלבון תא ללא.

מערך מערכת Droplet ליטר ליצירת חלבון מקבילי בנפט ממולקולות דנ א יחיד

אנו מדווחים על פרוטוקול לייצור קרום שומנים היברידי בממשק המים/אוויר על ידי סימום ביטל השימנים עם נחושת (II) 2,9,16,23-טטרה-אטרה-butyl-29H,31H-phthalocyanine (CuPc) מולקולות. קרום שומנים היברידית וכתוצאה מכך יש מבנה כריך שומנים/CuPc/שומנים. פרוטוקול זה יכול להיות מיושם גם על היווצרות של ננו-חומרים פונקציונליים אחרים.

הרכבה עצמית של קרום שומנים היברידי מסוממים עם מולקולות אורגניות הידרופוביות בממשק מים/אוויר

מאמר זה מתאר פרוטוקול יחד עם מחקר השוואתי של שתי טכניקות ייצור מיקרו-נוזלים, כל שם פוטוליתוגרפיה/תחריט רטוב/מליטה תרמית ותחריט סלקטיבי המושרה בלייזר (SLE), המתאימות לתנאים בלחץ גבוה. טכניקות אלה מהוות פלטפורמות המאפשרות התבוננות ישירה בזרימת נוזלים במדיה מחלחלת חלופית ומערכות סדוקות בתנאי מאגר.

טכניקות ייצור מיקרו-נוזלים לבדיקות בלחץ גבוה של הובלת קצף CO2 סופר-קריטי בקנה מידה במאגרים לא קונבנציונליים סדוקים

פרוטוקול זה מפרט את השימוש במערכת חימום מבוקרת טמפרטורת משוב כדי לקדם הרכבה מונולאייר השומנים ואת היווצרות bilayer ממשק טיפה עבור שומנים עם טמפרטורות התכה גבוהות, ומדידות קיבוליות לאפיון שינויים מונחי טמפרטורה בקרום.

הרכבה ואפיון מבוקרי טמפרטורה של Bilayer ממשק טיפה

אנו מתארים שיטה ליצירת לחות גז על טיפות מים ססיל כדי לחקור את ההשפעות של מעכבים שונים, מקדמים, ומצעים על מורפולוגיה קריסטל לחות.

מתאן הידרציה התגבשות על טיפות מים יסילי

הפרוטוקול הנוכחי מתאר התגבשות של גבישי קרח מיקרוסקופיים והידרטים של קלתראט בהתקנים מיקרופלואידיים, מה שמאפשר חילופי נוזלים סביב הגבישים שנוצרו. זה מספק אפשרויות שאין שני להן לבחון את תהליך ההתגבשות ומנגנוני הקשירה של המעכבים.

גישה מיקרופלואידית לחקר התגבשות קרח וקלתראט הידרט

כתב יד זה מתאר את התכנון וההפעלה של מיקרוטנציומטר/מיקרוסקופ קונפוקלי לביצוע מדידות בו-זמניות של מתח בין-פאזי וריאולוגיה של הרחבת פני השטח תוך הדמיית המורפולוגיה הבין-פאזית. זה מספק את הבנייה בזמן אמת של יחסי מבנה-תכונה של ממשקים חשובים בטכנולוגיה ובפיזיולוגיה.

מיקרוטנסיומטר למיקרוסקופיה קונפוקלית הדמיה של ממשקים דינמיים

חקור את תהליך התגבשות המימה בממשקי שמן-מים באמצעות מערכת ויזואליזציה בעלות נמוכה. השיטה מאפשרת ללמוד על מנגנוני ההעכבה של סורפקטנטים לא יוניים ולזהות סוגי גבישים שונים.

לימוד השפעות הסקר על התגבשות מימה ב ממשקי שמן מים באמצעות מכשיר מודולרי משולב בעלות נמוכה

גלה סרטונים נוספים