Name: Cristalização do hidrato de metano em gotículas de água sessile (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-05-26T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 46 s
Description: Aprenda a formar hidratos de gás em gotículas de água para estudar morfologia cristalina e interações com biomoléculas. Este método reprodutível permite investigar inibidores, promotores e estabilidade sob pressão.

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A nasa Exobiology Grant 80NSSC19K0477 financiou esta pesquisa. Agradecemos a William Waite e Nicolas Espinoza por discussões valiosas.

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Não há interesses financeiros concorrentes.

Desenvolvemos um método para formar conchas de hidrato de metano em gotículas de água sessile com segurança e compartilhar este método para máquina e montar uma célula de pressão avaliada em 10 MPa de pressão de trabalho, bem como os sistemas de pressurização e resfriamento. A célula de pressão é equipada com um estágio para a gotícula contendo termopares incorporados, uma janela de safira para visualizar a gotícula e um transdutor de pressão fixado no topo da célula. O sistema de resfriamento inclui etileno glicol refri...

Hidratos de gás são gaiolas de moléculas de água ligadas a hidrogênio que capturam moléculas de gás convidado através de interações van der Waals. Os hidratos de metano formam-se sob condições de alta pressão e baixa temperatura, que ocorrem na natureza nos sedimentos subsuperficial ao longo das margens continentais, sob o permafrost ártico, e em outros corpos planetários no sistema solar1. Hidratos a gás armazenam vários milhares de gigatoneladas de carbono, com implicações importantes para o clima e a energia2. Hidratos de gás também podem ser perigosos na indústria de gás natural porque condições favoráveis para hidratantes ocorrem em gasodutos, que podem entupir os tubos levando a explosões fatais e derramamentos de óleo3.
Devido à dificuldade de estudar hidratos de gás in situ,experimentos laboratoriais são frequentemente empregados para caracterizar propriedades hidratadas e a influência de inibidores e substratos4. Esses experimentos de laboratório são realizados pelo cultivo de hidrato de gás a uma pressão elevada em células de várias formas e tamanhos. Os esforços para prevenir a formação de hidratos de gás em gasodutos levaram à descoberta de vários inibidores químicos e biológicos de hidrato de gás, incluindo proteínas anticongelantes (AFPs), surfactantes, aminoácidos e polivinilibrirrolidone (PVP)5,6. Para determinar os efeitos desses compostos nas propriedades de hidrato a gás, esses experimentos têm utilizado diversos projetos de embarcações, incluindo autoclaves, cristalizadores, reatores agitados e células de balanço, que suportam volumes de 0,2 a 106 centímetros cúbicos4.
O método de gotícula sessile utilizado aqui e em estudos anteriores7,8,9,10,11,12 envolve a formação de uma película hidrato a gás em uma gotícula sessile de água dentro de uma célula de pressão. Estes vasos são feitos de aço inoxidável e safira para acomodar pressões de até 10-20 MPa. A célula está conectada a um cilindro de gás metano. Dois desses estudos utilizaram o método de gotícula para testar os AFPs como inibidores de hidrato de gás em comparação com os inibidores de hidrato cinético comercial (KHIs), como PVP7,11. Bruusgard et al.7 se concentraram na influência morfológica dos inibidores e descobriram que as gotículas contendo AFPs tipo I têm uma superfície mais lisa e visada do que a superfície de gotícula dendrítica sem inibidores em altas forças motrizes.
Udegbunam et al.11 utilizaram um método desenvolvido para avaliar os KHIs em um estudo anterior10, que permite a análise de mecanismos de morfologia/crescimento, temperatura/pressão de vapor hidratado-líquido e cinética em função da temperatura. Jung et al. estudaram a substituição ch4-CO2 inundando a célula com CO2 depois de formar uma concha de hidratação CH4 8. Chen et al. observaram o amadurecimento de Ostwald como a casca de hidratação forma9. Espinoza et al. estudaram conchas hidratadas de CO2 em vários substratos minerais12. O método gotícula é um método relativamente simples e barato para determinar o efeito morfológico de vários compostos e substratos em hidratos a gás e requer pequenas quantidades de aditivos devido ao pequeno volume. Este artigo descreve um método para formar tais conchas hidratadas em uma gota de água usando uma célula de aço inoxidável com uma janela de safira para visualização, avaliada em até 10 MPa de pressão de trabalho.

<table><tbody><tr><td>CAMERA E LAPTOP</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Camera Body</td><td>Nikon</td><td>D7200</td><td>Nome no Protocolo: Camera</td></tr><tr><td>Camera Control Pro 2 Software</td><td>Nikon</td><td></td><td>Nome no Protocolo: software da câmera</td></tr><tr><td>Laptop HP</td><td>Pavilion</td><td>hp-pavilion-laptop-14-ce0068st</td><td>Precisa ser PC com bastante espaço de armazenamento (~ 1 Tb) Nome no Protocolo: laptop</td></tr><tr><td>Lente de macrofotografia</td><td>Nikon</td><td>AF-S MICRO 105mm f/2.8G IF-ED Nome da lente</td><td>no protocolo: lente</td></tr><tr><td><forte> CONSUMÍVEIS</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Água</td><td></td><td></td> deionizada <td>Nome no protocolo: água DI</td></tr><tr><td>Gelo seco</td><td>VWR ou mercearia</td><td></td><td>Compre pouco antes da nucleação Nome no protocolo: gelo seco</td></tr><tr><td>Etanol</td><td></td><td></td><td>Nome no Protocolo: etanol</td></tr><tr><td>Etilenoglicol</td><td></td><td></td><td>Nome no Protocolo: etilenoglicol</td></tr><tr><td><forte>SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO</forte></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>1/2 pol. O.D. x 3/8 pol. I.D. x 25 pés. Tubulação de Polietileno</td><td>Everbilt</td><td>Modelo # 301844</td><td>Para circulação de refrigerante do resfriador para bobinas de cobre no aquário Nome no Protocolo: 3/8" (diâmetro interno) tubulação plástica</td></tr><tr><td>Chiller circulante</td><td>Polyscience</td><td></td><td>Nome no protocolo: chiller</td></tr><tr><td>Isolamento de tubo de espuma de polietileno flexível econômico</td><td>McMaster-Carr</td><td>4530K162</td><td>parede de 3/4" de espessura; 1/2" de diâmetro interno; R Valor 3; 6' long Nome no protocolo: isolamento de tubo</td></tr><tr><td>de espuma Tubo de</td><td></td><td></td> plástico <td>use qualquer tubo que se encaixe na conexão da linha aérea no laboratório e longo o suficiente para viajar da conexão da linha aérea para a frente do aquário</td></tr><tr><td>DATALOGGERMódulo Multiplexador</td> de <td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Armadura para 34970A/ 34972A, 20 canais</td><td>Keysight Technologies</td><td>34901A</td><td>Nome no protocolo: registrador de dados multicanal</td></tr><tr><td>Benchvue ou software Benchlink</td><td>Benchvue ou Benchlink</td><td></td><td>Nome no protocolo: software transdutor de temperatura</td></tr><tr><td>Unidade de aquisição/comutação de dados. GPIB, RS232</td><td>Keysight Technologies</td><td>34970A</td><td>Nome no protocolo: datalogger</td></tr><tr><td>Interface USB/GPIB</td><td>Keysight Technologies</td><td>82357B</td><td>Nome no protocolo: datalogger Registrador de</td></tr><tr><td>dados USB multicanal</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Schott Fostec -Llc 20510 Ace Fonte de luz de fibra óptica</td><td>Schott Fostec</td><td>A20500</td><td>3115PS-12W-B20 115 V ~AC 50/60Hz 5/4.5 W Nome no protocolo: fonte de luz unidade</td></tr><tr><td>Guia de fonte de luz Schott Fostec - pacote único</td><td>Schott Fostec</td><td>A08031.40</td><td>Nome no Protocolo: cabo de fonte de luz de fibra óptica</td></tr><tr><td>GÁS METANO E REGULADOR</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>1/4 OD in. x 20 ft. Bobina de Refrigeração Macia de Cobre</td><td>Everbilt</td><td>Modelo # D 04020PS</td><td>Para pressurizar a bomba de pressão ISCO. Um pacote adicional é necessário para a circulação do líquido de arrefecimento, conforme listado abaixo. Nome no protocolo: alta pressão nominal 1/4" tubo de cobre</td></tr><tr><td>Regulador de cilindro de metano</td><td>Airgas</td><td>Y11N114G350-AG</td><td>Nome no Protocolo: regulador de cilindro de metano</td></tr><tr><td>Cilindro de gás metano</td><td>Airgas</td><td>ME UHP300</td><td>Nome no Protocolo: cilindro de gás metano</td></tr><tr><td><forte>BOMBA DE PRESSÃO</forte></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>1/4 pol.&nbsp; tubo flexível, ~ 3 pés.</td><td></td><td></td><td>Conecte à entrada da bomba para teste de vazamento Nome no Protocolo: Tubulação flexível de 1/4"&nbsp;</td></tr><tr><td>Bomba de Seringa 260D com Controlador</td><td>Teledyne Instruments Inc.</td><td>67-1240-520</td><td>Nome no Protocolo: Controlador da bomba de pressão</td></tr><tr><td>&minus; Ethernet/USB</td><td>Teledyne Instruments Inc.</td><td>62-1240-114</td><td>Compre se quiser instalar o Labview no computador e controlar a bomba de pressão remotamente. Nós não fizemos isso.</td></tr><tr><td>Tubulação de aço inoxidável 316 sem costura de furo liso, 1/4" OD, espessura de parede de 0,035", 1 pé de comprimento (x5)</td><td>McMaster-Carr</td><td>89785K824</td><td>Nome no protocolo: tubo de 1/4"</td></tr><tr><td>Tubulação de aço inoxidável 316 sem costura de furo liso, 1/8" OD, espessura de parede de 0,02", 1 pé de comprimento (x4)</td><td>McMaster-Carr</td><td>89785K811</td><td>Nome no protocolo: tubo</td></tr> <tr><td>de 1/8"Conexão de Tubo Swagelok de Aço Inoxidável, União Redutora, 1/4 pol. x 1/8 pol. Tubo OD (x4)</td><td>Swagelok</td><td>&nbsp; SS-400-6-2</td><td>Nome no Protocolo: adaptador de 1/8" a 1/4<</td></tr><tr><td>strong>PRESSURE CELL</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>316 Conjunto de Porca e Virola de Aço Inoxidável (1 Porca/1 Virola Dianteira/1 Virola Traseira) para 1/4 pol. Encaixe de Tubo (20)</td><td>Swagelok</td><td>&nbsp; SS-400-NFSET</td><td>Usado para conexões de encaixe quando necessário Nome no Protocolo: conjunto de ponteiras</td></tr><tr><td>Mangueira Enrolada (FM) de Aço Inoxidável 316L, 1/4 pol., Trança de Aço Inoxidável 316L, 1/4 pol. Adaptadores de Tubo, 60 pol. (1,5 m) Comprimento</td><td>Swagelok</td><td>SS-FM4TA4TA4-60</td><td>Conecta a bomba de pressão à célula de pressão Nome no Protocolo: Mangueira flexível de aço inoxidável trançado de 1/4" com classificação de pressão</td></tr><tr><td>ABAQUS</td><td>ABAQUS FEA</td><td></td><td>Nome no Protocolo: software de simulação</td></tr><tr><td>Arruela de Amortecimento Resistente à Abrasão para Tamanho do Parafuso de 7/8", 0.875" ID, 2.25" OD, pacotes de 10 (x1)</td><td>McMaster-Carr</td><td>90131A107</td><td>Nome no Protocolo: Arruela de borracha de 2,25"</td></tr><tr><td>Arruela de Vedação Resistente à Abrasão, Tecido Aramida/Borracha Buna-N, Tamanho do Parafuso de 3/8", 0,625" OD, pacotes de 10 (x1)</td><td>McMaster-Carr</td><td>93303A105</td><td>Usado para porta de iluminação</td></tr><tr><td>Folha de Acrílico | Branco 2447 / WRT31 Extrudado Mascarado por Papel (Translúcido 55% (0,118 x 12 x 12)</td><td>Plásticos Interestaduais</td><td>ACRW7EPSH</td><td>Usinar um círculo de acrílico para caber na câmara interna da célula de pressão para servir como pano de fundo para a geração de imagens Nome no Protocolo: disco acrílico</td></tr><tr><td>AutoCAD</td><td></td><td></td><td>AutoCAD Nome no Protocolo: software de projeto de engenharia</td></tr><tr><td>Conax fitting</td><td>Conax Technologies</td><td>311401-011</td><td>TG(PTM2/)-24-A6-T, OPCIONAL 1/4" NPT Nome no Protocolo: conector de vedação de pressão</td></tr><tr><td>Transdutores/Transmissores de Pressão Preenchidos com Óleo de Alta Precisão para Aplicações Industriais Gerais (x2)</td><td>Omega Engineering, Inc.</td><td>PX409-3.5KGUSBH</td><td>Compre dois para que haja um backup. Nome no Protocolo: transdutor de pressão</td></tr><tr><td>CÂMARA DE ALTA PRESSÃO&nbsp; PEÇAS</td><td>Wither Tool, Die and Manufacturing Company</td><td></td><td>Usinagem para peças de células de pressão conforme listado nos desenhos CAD (Figura S1) Nome no Protocolo: Parte B = arruela de aço inoxidável</td></tr><tr><td>Parafuso de cabeça cilíndrica de aço inoxidável 316 de alta resistência, rosca M5 x 0,80 mm, 14 mm de comprimento (x20)</td><td>McMaster-Carr</td><td>90037A119</td><td>Usado para porta de iluminação</td></tr><tr><td>Parafuso de cabeça cilíndrica de aço inoxidável 316 de alta resistência, M8 x 1,25 mm de rosca, 25 mm de comprimento (x20)</td><td>McMaster-Carr</td><td>90037A133</td><td>Nome no protocolo: Parafusos de aço inoxidável M8</td></tr><tr><td>O-Ring Buna-N duro resistente a óleo, largura fracionária de 3/32, número do traço 120, pacotes de 50 (x1)</td><td>McMaster-Carr</td><td>5308T178</td><td>Nome no protocolo: O-ring O-Ring</td></tr><tr><td>duro resistente a óleo Buna-N O-Ring, largura fracionária de 3/32, número do traço 128, pacotes de 50 (x1)</td><td>McMaster-Carr</td><td>5308T186</td><td>Nome no protocolo: 1,5 "o-ring</td></tr><tr><td>Omega Inc. software do transdutor de pressão</td><td>Omega Engineering, Inc.</td><td></td><td>Nome no protocolo: software do transdutor de pressão</td></tr><tr><td>Disco de policarbonato</td><td>McMaster-Carr</td><td>8571K31</td><td>Listado nos desenhos CAD para porta de iluminação, Fig. S1 Parte E</td></tr><tr><td>Janelas de safira (x3)</td><td>Guild Optical Associates, Inc.</td><td>Janela de safira de grau óptico, plano C Diâmetro: 1.811" &plusmn;. 005" Espessura: .590" &plusmn;. 005" Qualidade da superfície: 60/40 Bordas retificadas e chanfradas de segurança</td><td>Compre três para que haja dois backups. Nome no Protocolo: janela de safira</td></tr><tr><td>Fio de termopar sólido Isolamento e revestimento FEP, Tipo K, calibre 24, 50 pés Comprimento (x1)</td><td>McMaster-Carr</td><td>3870K32</td><td>Nome no protocolo: termopares</td></tr><tr><td>Válvula de agulha de castelo integral de aço inoxidável, 0,37 Cv, 1/4 pol. Conexão de Tubo Swagelok, Haste Reguladora (x4)</td><td>Swagelok</td><td>&nbsp; SS-1RS4</td><td>Dois serão usados para a bomba de pressão também. Nome no Protocolo: Válvulas de agulha de 1/4"</td></tr><tr><td>Encaixe de Tubo de Aço Inoxidável, Bico Hexagonal, 1/4 pol. NPT Macho (x2)</td><td>Swagelok</td><td>&nbsp; SS-4-HN</td><td>Usado para porta de iluminação</td></tr><tr><td>Conexão de Tubo Swagelok de Aço Inoxidável, Tee de Ramo Feminino, 1/4 pol. Tubo OD x 1/4 pol. Tubo OD x 1/4 pol. NPT Feminino (x2)</td><td>Swagelok</td><td>&nbsp; SS-400-3-4TTF</td><td>Usado com transdutor de pressão Nome no Protocolo: encaixe em T de ramificação Encaixe</td></tr> de <tr><td>Tubo Swagelok de Aço Inoxidável, Conector Macho, 1/4 pol. Tubo OD x 1/4 pol. NPT Macho (x4)</td><td>Swagelok</td><td>&nbsp; SS-400-1-4</td><td>Usado na porta superior e na porta lateral que leva às válvulas de agulha Nome no Protocolo: Parafusos NPT</td></tr><tr><td>Conexão de Tubo Swagelok de Aço Inoxidável, Conector de Porta, 1/4 pol. Tubo OD (x8)</td><td>Swagelok</td><td>&nbsp; SS-401-PC</td><td>Use como conexões de tubo entre conexões NTP e válvulas Nome no Protocolo: conector de porta</td></tr> <tr><td>encaixeTANK</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>1/4 OD in. x 20 ft. Bobina de Refrigeração Macia de Cobre</td><td>Everbilt</td><td>Modelo # D 04020PS</td><td>Para circulação de refrigerante Nome no Protocolo: Tubo de cobre de 1/4"</td></tr><tr><td>Aquário de 10 galões</td><td>Tetra</td><td></td><td>Nome no Protocolo: Tanque de 10 galões</td></tr><tr><td>2 oz. Waterweld</td><td>J-B Weld</td><td>Modelo # 8277</td><td>Nome no Protocolo: selante subaquático</td></tr><tr><td>3 in. x 25 ft. Isolamento de Tubo de Fibra de Vidro com Revestimento Foil</td> Frost <td>King</td><td>Modelo # SP42X/16</td><td>Para envolver em torno de aquário Nome no Protocolo: fibra de vidro revestida com folha</td></tr><tr><td>3/8 7/8 in. Braçadeira de Mangueira de Aço Inoxidável (pacote com 10)</td> <td>Everbilt</td><td>Modelo # 670655E</td><td>Nome no Protocolo: braçadeiras de mangueira de acionamento por verme</td></tr><tr><td>Isopor</td><td></td><td></td><td>Nome no Protocolo: material isolante</td></tr><tr><td><forte>FERRAMENTAS</forte></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>1-1/8 pol. Cortador de Tubo de Catraca</td><td>Husky</td><td>Modelo # 86-036-0111</td><td></td></tr><tr><td>1/2 pol. a 1 pol. Cortador de Tubos</td><td>Apollo</td><td>Modelo # 69PTKC001</td><td></td></tr><tr><td>Chave ajustável (x2)</td> <td>Modelo de núcleo de aço</td><td># 31899</td><td>Precisa de duas chaves com mandíbula de pelo menos 1 "</td></tr><tr><td>Conjunto de chaves Allen</td> Home <td>Depot</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Fita</td><td></td><td></td> adesiva <td>Nome no Protocolo: fita adesiva</td></tr><tr><td>Tubo flexível, como uma linha IV, para caber na extremidade da sonda grainger (cânula)</td><td></td><td></td> <td>Nome no Protocolo: IV tubo</td></tr><tr><td>Grainger Sonda de calibre 18</td><td>Grainger</td><td></td><td>Para inserir gotículas Nome no Protocolo: cânula</td></tr><tr><td>Graxa de Alto Vácuo</td><td>Dow corning</td><td></td><td>Aplique aos anéis de vedação antes de inserir a janela de safira Nome no Protocolo: graxa a vácuo</td></tr><tr><td>Klein Tools Professional 90 Graus 4-em-1 Dobrador de Tubos</td><td>Klein Tools</td><td>Modelo # 89030</td><td>Nome no Protocolo: dobrador de tubos</td></tr><tr><td>Líquido Snoop detector de vazamento</td><td>Swagelok</td><td>MS-SNOOP-8OZ</td><td>Para detectar vazamentos quando pressurizado quando metano Nome no Protocolo: detector de vazamento de líquido</td></tr><tr><td>Ventosa</td><td>Home Depot</td><td></td><td>Para remover janela de safira de encaixe apertado Nome no Protocolo: ventosa</td></tr><tr><td>Fita</td><td></td><td></td> de Teflon <td>Nome no Protocolo: fita de encanador</td></tr><tr><td>Fita Isolante Temflex 3/4 pol. x 60 pés. 1700 Preto</td><td>3M</td><td>Modelo # 1700-1PK-BB40</td><td>Nome no protocolo: fita isolante</td></tr></tbody></table>

cristalização do hidrato de metano em gotículas de água sessile

Methane Hydrate Crystallization on Sessile Water Droplets

Este artigo descreve um método para formar conchas de hidrato de metano em gotículas de água. Além disso, fornece plantas para uma célula de pressão avaliada em 10 MPa de pressão de trabalho, contendo um estágio para gotículas sessile, uma janela de safira para visualização e transdutores de temperatura e pressão. Uma bomba de pressão conectada a um cilindro de gás metano é usada para pressurizar a célula a 5 MPa. O sistema de resfriamento é um tanque de 37,85 L contendo uma solução de 50% de etanol resfriada através de glicol de etileno através de bobinas de cobre. Esta configuração permite a observação da mudança de temperatura associada à formação e dissociação do hidrato durante o resfriamento e despressurização, respectivamente, bem como a visualização e fotografia das alterações morfológicas da gotícula. Com este método, observou-se formação rápida de conchas hidratantes a ~-6 °C a -9 °C. Durante a despressurização, observou-se uma queda de temperatura de 0,2 °C a 0,5 °C na curva de estabilidade de pressão/temperatura (P/T) devido à dissociação do hidratado exotérmico, confirmada pela observação visual do derretimento no início da queda da temperatura. O "efeito memória" foi observado após repressurização para 5 MPa de 2 MPa. Este projeto experimental permite o monitoramento da pressão, temperatura e morfologia da gotícula ao longo do tempo, tornando este um método adequado para testar vários aditivos e substratos na morfologia hidratada.

Com este método, uma casca de hidrato a gás em uma gotícula pode ser monitorada visualmente através de uma janela de safira da célula de pressão e através de transdutores de temperatura e pressão. Para nuclear a casca de hidratação depois de pressurizar para 5 MPa, o gelo seco pode ser adicionado ao topo da célula de pressão para induzir um choque térmico para desencadear a cristalização rápida do hidrato. Há uma clara diferença morfológica na formação de conchas de hidrato forçadas ao gelo seco. A gotícula de água passo...

Descrevemos um método para formar hidrato de gás em gotículas de água sessile para estudar os efeitos de vários inibidores, promotores e substratos na morfologia cristalina hidrato.

Cristalização do hidrato de metano em gotículas de água sessile

This paper describes a method to form methane hydrate shells on water droplets. In addition, it provides blueprints for a pressure cell rated to 10 MPa ...

O efeito de vários aditivos na morfologia do hidrato a gás e na estabilidade da temperatura de pressão pode ser testado. Mas o principal interesse está em descobrir como as biomoléculas podem interagir e afetar os hidratos gasosos in situ. A principal vantagem deste protocolo é que se pode formar uma casca hidratante em uma gotícula sessile com segurança.Nivelar a etapa de gotícula é um desafio e precisa de prática à medida que a gota desliza em um palco desigual. Além disso, familiarize-se com as conexões Swagelok e a segurança em relação a gases inflamáveis de alta pressão. Comece conectando o regulador do cilindro de metano à bomba com um tubo de cobre de uma por quatro polegadas usando um novo conjunto de porcas e ferrule.Cole uma ponta flexível de tubos iv, corte um ângulo, até o final da cânula para ajudar a direcionar a gota em direção à janela de safira. Coloque uma seringa de um mililitro na cânula e puxe o volume desejado de água deionizada. Sem a válvula da agulha ou a janela de safira anexada, insira a extremidade da cânula na placa superior e pratique a expulsão da gota para o centro do palco.Recoloque a janela de safira e as arruelas com parafusos M8 e conecte a válvula de célula de pressão superior. Conecte a mangueira de aço inoxidável trançada da bomba de pressão à célula de pressão. E verifique se todas as conexões do cilindro de gás para a célula de pressão estão apertadas.Abra a válvula de entrada da célula de pressão e coloque a célula de pressão no aquário. Em seguida, insira um cabo de fonte de luz de fibra óptica na porta de iluminação da célula de pressão. Em um aquário cheio de uma relação 50/50 de etanol e água, adicione mais etanol à medida que o nível da solução cai nas semanas seguintes, até que esteja nivelado com a parte superior da célula de pressão, logo abaixo da conexão de fonte de luz.Coloque o refrigerador à temperatura que alcançará aproximadamente zero a três graus Celsius dentro da célula e comece a circular através de bobinas. Ligue o fluxo de ar para a frente do aquário para evitar a condensação na superfície do aquário. Inicie um registro de temperatura no software de data logger.Defina o intervalo de varredura para 30 segundos e espere até que a temperatura dentro da célula de pressão esteja estável a dois graus Celsius. Depois que a câmera for colocada, ligue a fonte de luz para aproximadamente 80% e abra o software da câmera. No Live View, concentre a lente da câmera na câmara interna da célula e ajuste a fonte de luz para melhor imagem.Inicie um novo registro de temperatura com um intervalo de varredura de um segundo. Se estiver preso, desprende a válvula da agulha de saída na porta superior da célula de pressão. Coloque uma seringa de um mililitro na cânula e puxe o volume desejado de água deionizada.Insira a cânula através da placa superior até que a ponta esteja visível no software da câmera no modo Live View. Expulse a gota de fluido da seringa sobre o termopar central. Em seguida, recoloque a válvula da agulha.Concentre a câmera na gota na célula de pressão. Comece a imagem de lapso de tempo a cada 60 segundos. Abra o software do transdutor de pressão no laptop.Comece a coletar dados no gráfico e no registro de dados no intervalo de digitalização de um segundo, e espere até que a temperatura da gotícula esteja estável entre zero a três graus Celsius. Ligue a bomba e o controlador. Feche a válvula de entrada da bomba de pressão.Abra a válvula de saída da bomba e as válvulas da célula de pressão. Aque a pressão da bomba pressionando zero no controlador da bomba de pressão. Selecione a bomba A no controlador da bomba de pressão para monitorar a pressão.Certifique-se de que a bomba de pressão está vazia se um fluido diferente do gás metano estivesse presente na bomba. Faça isso definindo o fluxo máximo e o fluxo constante para 100 mililitros por minuto e pressionando Run. Deixe-o funcionando até que a bomba esteja vazia.Feche a válvula de saída da bomba e abra a válvula de entrada da bomba. Abra o cilindro de gás e coloque o regulador do cilindro de gás em 1.000 quilopascals. Pressione a recarga no controlador da bomba de pressão.Quando a bomba estiver cheia e perto de 1.000 quilopascals, feche a válvula de entrada da bomba e o cilindro de gás. Abra ligeiramente a válvula de saída da bomba para a célula. Monitore a pressão da célula de pressão no software do transdutor de pressão, pois pode diminuir devido à temperatura relativamente menor na célula de pressão.Defina o fluxo máximo para 10 mililitros por minuto, pressão máxima para 5.000 quilopascals e pressão constante para 1.000 quilopascals no controlador da bomba de pressão, conforme descrito no manuscrito do texto. Pressione Run. Quando 1.000 quilopascals for atingido, pressione Stop no controlador da bomba e feche a válvula de saída da bomba.Monitore a pressão na célula de pressão para garantir que não haja vazamentos. Se a pressão cair, use o detector de vazamento de líquido para encontrar o vazamento nas conexões e aperte cuidadosamente os componentes de vazamento. Se a célula estiver estável, abra a saída da bomba e ajuste a pressão constante gradualmente para 2.000, 3.000, 4.000 e 5.000 quilopascals, monitorando a estabilidade da célula pressionando Stop após cada ajuste.Se a pressão estiver estável, feche a saída da bomba e espere cerca de 12 a 24 horas para que o gás permeie a gota. Mude o lapso de tempo para tirar imagens a cada dois ou cinco segundos. Adicione gelo seco ao topo da célula até que a casca de hidratação seja vista em lapso de tempo.Se o gelo seco deslizar, afixe fita ao redor da parte superior da célula. Observe o progresso da formação de hidrato de metano através de fotos de lapso de tempo por duas a seis horas. Despressurize a célula para 2.000 quilopascals abrindo a saída da bomba e definindo a pressão constante para 2.000 quilopascals, observando quando ocorre o derretimento.Após 30 minutos, repressurize a célula de pressão para 5.000 quilopascals para observar o efeito da memória. Observe quando uma casca hidratante começar a se reformar e deixe a casca se formar por 30 minutos a duas horas. Despressurize a célula abrindo a saída da bomba e colocando a pressão constante em 100 quilopascals.Se houver pressão residual na célula de pressão, abra ligeiramente a válvula superior da célula de pressão em 1/16 polegadas. Salve os dados de pressão e temperatura como arquivos CSV. Remova a gotícula removendo a válvula da célula de pressão superior e extraindo a gotícula com a seringa, cânula ou tubo IV.Siga as instruções do manuscrito do texto se houver preocupação com a contaminação entre os ensaios. Há uma clara diferença morfológica sobre a formação de conchas de hidrato forçado ao gelo seco, onde a gota d'água passou de uma superfície reflexiva lisa para uma concha hidratante opaca com uma leve superfície dendrítica. A adição de 100 microgramas por mililitro nas proteínas anticongelante tipo um alterou a morfologia do hidrato induzindo bordas cristais ao longo da gotícula e saliências do topo da gotícula.Depois que a casca de hidratação se desenvolveu por uma hora, a célula foi despressurizada para dois megapascals, levando a uma queda de 2 a 5 graus Celsius na temperatura perto da curva de estabilidade P/T. Devido à dissociação do hidratado exoérmico, a dissociação do hidratado foi confirmada pelo derretimento visual através de imagens de lapso de tempo no início da diminuição da temperatura. Controles negativos sem gotícula e com gotícula que não formaram uma concha hidratante não apresentaram queda na temperatura durante a despressurização.Como o ápice de cada grau de temperatura estava acima da curva de estabilidade P/T previamente estabelecida, uma curva de regressão foi calculada com base no ápice P/T desses ensaios. Duas coisas são importantes para ter em mente ao executar este protocolo. Primeiro, verifique se todas as conexões estão seguras antes de pressurizar, e duas, pratique a expulsão da gota antes de anexar a janela de safira.Seguindo este protocolo, pode-se calcular o consumo de gás, bem como analisar as imagens para calcular a espessura da casca hidratante, para determinar o volume de hidratado formado.

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JoVE Journal

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Ambiente

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