Name: Düşük Maliyetli Entegre Modüler Peltier Cihazı Kullanarak Yağ-Su Arayüzlerinde Hidrat Kristalizasyonu Üzerine Sürfaktan Etkilerinin İncelenmesi (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-03-18T12:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 31 s
Description: Keşfedin, düşük maliyetli Peltier cihazı kullanarak siklopentan-su arayüzlerinde hidrat kristalizasyonunu ve noniyonik sürfaktan inhibitörlerinin etkilerini nasıl analiz edeceğinizi. Bu yöntem kristal tiplerini ve inhibisyon mekanizmalarını görselleştirir.

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

Yazarlar Amerikan Kimya Derneği teşekkür - Petrol Araştırma Fonu (ACS - PFR), hibe numarası: PRF # 57216-UNI9, mali destek için.

1. Siklopentan su damlacıklarında hidrat oluşumu
NOT: Aşağıda açıklanan deneysel prosedür, girişte açıklanan IMPd ve hidrat görüntüleme hücresi kullanılarak siklopentan bir su damlacıklarında hidrat oluşumunun incelenmesi içindir.
<ol><li>1 mL cam şırıngaya 19 G iğne takın(Şekil 2b, C).</li>
	<li>1 mL cam şırıngayı ve 19 G iğne 3x'i DI suyla durulayın.</li>
	<li>Şırıngayı DI suyuyla doldurun.</li>
	<li>Hidrat görüntüleme hücresini(Şekil 2b, E)25 mL siklopentane ile doldurun.</li>
	<li>Şırıngayı kullanarak, hidrat görüntüleme hücresinin altına bir DI suyu damlatın (örn. 50−100°L). Bu su damlası tohum hidrat. NOT: Damla hidrat görüntüleme hücresinin altına yerleştirilmelidir. Tohum hidratının amacı hidrat oluşumunu başlatmak ve büyüme hızının tutarlı çekirdekleşme ve takibini oluşturmaktır.</li>
	<li>Sıcaklık sensörünü hidrat görüntüleme hücresinin içine, hücrenin dibine yakın bir yere yerleştirin.</li>
	<li>Siklopentenin buharlaşmasını önlemek için sıvı görüntüleme hücresine akrilik kapak koyun. Kapağı yerinde tutmak için vidakullanın.</li>
	<li>Işıkları ve kamerayı odaklanmak için ayarlayın. Tohum hidrat üzerinde odak ayarlayın.</li>
	<li>Peltier plakasının sıcaklığını sıcaklık kontrol cihazında -5 °C'ye ayarlayın.</li>
	<li>Sıcaklık sensörü tarafından okunan sıcaklık değerlerini kontrol edin.</li>
	<li>Sıcaklık -5 °C'ye ulaştığında, alttaki damlacıkların (tohum hidrat) buza dönüştüğünden emin olun.</li>
	<li>Peltier plakasının sıcaklığını 0,5 °C'lik artışlarla 2 °C'ye ayarlayın.</li>
	<li>Sıcaklık 2 °C'ye ulaştığında, şırıngayı kullanarak tesisatı suyla doldurun ve 5 dakika boyunca dengelemek için siklopentane içine pirinç kancayı indirin. NOT: Bu sıcaklık katı buzun hidrata dönüştürülmesini sağlar, çünkü sistem buzun erime noktasının üzerindedir, ancak siklopentane hidratların11'inaltındadır.</li>
	<li>Kamerayla kaydetmeye başlayın.</li>
	<li>Dijital transdüser kayıtlarını başlatmak için basınç transdüser yazılımında Start Measurement tuşuna basın.</li>
	<li>Şırıngayı şırınga pompasına bağlayın.</li>
	<li>Şırınga pompasını 2°L'lik bir hacim enjekte etmek ve etkinleştirmek için ayarlayın. Şırınga suyu siklopentane banyosuna daldırarak batık damlacıkoluşturacak.</li>
	<li>Tohum hidrat küçük bir parça kaldırmak için bir iğne ucu kullanın.</li>
	<li>Su damlacığı üzerindeki hidrat oluşumunu başlatmak için iğne ucunu tohum hidrat parçasıyla(Şekil 3a)su damlacıklarıyla kısa bir temasa getirin (Şekil 3b).</li>
	<li>Kamera Record yakalama yazılımında Kaydet'e basın. Damlacık yarımkürenin kristalizasyon işleminin görüntülerini kameradan 1 Hz hızında kaydedin.</li>
</ol>2. Siklopentane su yüzey aktif damlacık üzerinde hidrat oluşumu
NOT: Yüzey aktif çözeltilerle hidrat kristalizasyon deneyleri saf su ile aynı şekilde yapılır. Ancak, hidrat kristalizasyonu üzerinde yüzey aktif etkisi çalışma için bir yüzeyaktif çözüm kullanırken her sürfaktan kritik micelle konsantrasyonu (CMC) bulmak için bir ihtiyaç vardır. CMC ya literatür9'da bulunabilir ya da aşağıda açıklanan yöntem kullanılarak.
<ol><li>Her sürat ani yüzeyden ölçülen bir kütleyi deiyonize suya eriterek sorbitane monolaurate, PEG-PPG-PEG ve polioksietilenesorbitan tristearate'nin standart çözeltilerinin 50 mL'ini hazırlayın ve her biri 10-4 g/100 mL-1 g/100 mL arasında değişen farklı bir konsantrasyonu temsil eden 12 çözeltihazırlayın.</li>
	<li>Farklı konsantrasyonlarda siklopentane sorbitane monooleat çözeltileri hazırlayın. NOT: Siklopentane suda sorbitane monooleat yüksek hidrofobiklik düzeyi ve düşük çözünürlüğü nedeniyle kullanılır. Aynı konsantrasyonlar sorbitane monooleat için de kullanılır.</li>
	<li>Dikitmometri yöntemini kullanarak her yüzey aktif çözeltinin yüzey gerilimini ölçün.<ol>
<li>Düşen damlaları saymak için şırınga pompasını ve şırıngayı Şekil 4'te gösterildiği gibi dikey olarak yerleştirin.</li>
		<li>Pompayı 0,5 mL/dk'lık bir oranda 1 mL çözeltiyi çıkarmak ve damlaları havaya salmak için programlayın.</li>
		<li>1 mL'yi gözlenen damla sayısına bölerek ortalama olarak damla hacmini(V)elde edin.</li>
		<li>Her çözümü en az 3x test edin.</li>
		<li>Kullanarak interfacial gerilimi hesaplama <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/60391/60391eq1.jpg"> g yerçekimi nedeniyle ivme olduğu yerde, Δp arabirimdeki yoğunluk değişimidir (yani, yüzey aktif çözeltisi ile hava arasındaki yoğunluk farkı), V damlama hacmidir, F 12 tarafından verilen ampirik bir düzeltmedir <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/60391/60391eq2a.jpg"> NOT: Alternatif olarak, bazı yüzey aktif çözeltilerin yüzey gerilimi literatürde bulunabilir9.</li>
		<li>Konsantrasyon un bir fonksiyonu olarak yüzey gerilimini çizin. Yüzey gerilimi, düzleşene ve sabitleşene kadar yüzey aktif konsantrasyonu artan ile azalacaktır.</li>
		<li>Her yüzey aktif madde için CMC'yi bulun (yani yüzey geriliminin düzleştiği konsantrasyon) ve deneylerde kullanın. NOT: Yüzey aktif konsantrasyonu arttırmak yüzey gerilimini değiştirmez.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Bölüm 1'de deneysel prosedürü tekrarlayın, ancak cmc (yani, 0.1x CMC, 1x CMC ve 10x CMC) ile karşılaştırıldığında çeşitli konsantrasyonlarda su kullanımı yüzey aktif çözeltisi yerine.</li>
</ol>3. Görüntü işleme ve yüzler arası stres ölçümleri
NOT: Konik ve düzlemsel hidrat büyümesini takip etmek görsel analiz yöntemleri ile gerçekleştirilir. Kullanılan yazılım programları Malzeme Tablosu'ndaaçıklanmıştır. Kontur algılama ve boyama örneği Şekil 5'tebulunabilir. Kamera sadece küresel damlacık 2D projeksiyon yakalar çünkü, bir 3D yeniden oluşturma yapılması gerekir.
<ol><li>Hidrat büyümesini izleme<ol>
<li>Görüntü işleme yazılımını kullanarak görüntü dizisinin ilk görüntüsünü açın.</li>
		<li>Görüntüdeki pirinç tüpün uzunluğunu ölçmek için yazılımdaki Uzunluk aracını kullanın.</li>
		<li>Resimde pirinç borunun ölçeğini bilinen 1/16 in. (1,588 mm) çapına göre ayarlayın.</li>
		<li>Her diziden eşit aralıklı 10 anlık görüntü seçin. Anlık görüntüler, çekirdeklenme noktasından tam damlacık dönüştürmeye kadar tüm işlemi yakalamalıdır.</li>
		<li>Seçilen 10 anlık görüntü için ölçek ayarını (3.1.1−3.1.3 adımları) yineleyin.</li>
		<li>Her karedeki düşüşün konturunu el ile algılamak için yazılımı kullanın. Konturu kırmızı ile işaretleyin (Şekil 5b).</li>
		<li>Her karedeki hidrat konturunu el ile algılamak için yazılımı kullanın. Hidratın tüm alanının tamamını siyah renklendirin (Şekil 5b).</li>
		<li>Yüzey alanına bir düzeltme olarak damla bir 3D rekonstrüksiyon oluşturmak için matematiksel modelleme yazılımı kullanın. NOT: 3B yüzey alanının yapımı ile ilgili tüm ayrıntılar Dann ve ark.13'teaçıklanmıştır.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Görünür ortalama interfacial stres ölçümleri NOT: Basınç transdüserinden toplanan iç basınç verileri kullanılarak görünürde ortalama interfacial stres hesaplanır.<ol>
<li>Basınç dönüştürücüsi (ΔP)kaydedilen verileri kullanın.</li>
		<li>Her veri noktası için, görünür ortalama interfacial stresi belirlemek için Young-Laplace ilişki14 kullanın(y), <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/60391/60391eq3.jpg"> R1 ve R2 eğriliğin damlacık yarıçapı ve ΔP damlacık içindeki basınç değişimi t = 0'a göre dir. NOT: Damlacık oluşumunu takip eden ilk dönemde iki yarıçap yaklaşık olarak eşittir, bu nedenle Young-Laplace denklemindeki R1 ve R2, önceden belirlenmiş 2 μL damlanın yarıçapı ile değiştirilebilir = 782 m.</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>

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Bu makalede, niyonik yüzey aktif maddeler in varlığında yağ-su arabiriminde hidrat kristalizasyonunu incelemek için deneysel bir teknik açıklanmıştır. Cihaz bir sıcaklık kontrol sistemi ve pencereler, CMOS kamera ve basınç dönüştürücü ile bir pirinç oda içeren bir görselleştirme hücresi oluşur. Sıcaklık kontrol sistemi mikrodenetleyici, güçlü Peltier plaka, soğutucu olarak 120 mm CPU soğutucu ve su geçirmez dijital sıcaklık sensöründen oluşur. Bir hidrat görselleştirme pirinç hücre bir pencere ve bir damla içinde basıncı...

Hidrat kristalizasyon ve inhibisyon mekanizmasını anlamak için teşvik hidratlar petrol boru hatlarında doğal olarak meydana gelen ve akış güvencesi zorluklara neden olabilir aslında geliyor. Örneğin, 2010 Meksika Körfezi petrol sızıntısı1 bir sualtı petrol boru sisteminde hidrat birikimi sonucu, çevreye kirlenmeye neden oldu. Bu nedenle, gelecekteki çevresel felaketleri önlemek için hidrat oluşumu ve inhibisyonu anlamak çok önemlidir. Son yıllarda hidrat kristalizasyon uyrama çalışmaları için itici güç çok hidrat fiş aglomerasyon ve akış sonraki tıkanıklık önlemek için petrol endüstrisinin çabasıdır. Hidratların tıkanmış akışlardan sorumlu olduğunu belirlemek için ilk çalışma Hammerschmidt tarafından 19342yılında yapılmıştır. Bu gün için, petrol üreticileri anlamak ve akış güvencesi için hidrat oluşumunu inhibe etmek son derece önemli bulmak3.
Hidrat oluşumunu önlemenin bir yolu, derin su boru hatlarını izole etmektir, böylece buz oluşmaz. Ancak, boru hatları yeterince izole etmek pahalı, ve ek maliyetler sırayla olabilir $1 milyon/km3. Metanol gibi termodinamik inhibitörler, hidrat oluşumunu önlemek için kuyu başlarına enjekte edilebilir. Ancak, suyun alkole olan büyük hacimsel oranları, 1:1 kadar büyük, hidrat oluşumunu yeterince önlemek için ihtiyaç vardır4. Son zamanlarda, hidrat önleme için metanol kullanmak için küresel maliyet 220.000.000 $ / yıl olarak bildirilmiştir. Bu alkol kullanımı sürdürülebilir bir miktar değildir5. Buna ek olarak, çevreaçısından tehlikeli olduğu için metanol kullanımı sorunludur ve büyük ölçekli taşıma için kullanılamaz5. Alternatif olarak, yüzey aktif maddeler gibi kinetik inhibitörler, hidrat büyümesini küçük miktarlarda ve 20 °C6'yakadar sıcaklıklarda bastırabilir. Bu nedenle, yüzey aktif varlığı hidrat önleme için gerekli alkollerin büyük miktarda azaltabilir.
Sürfaktanlar iki ana nedenden dolayı hidrat kristalizasyonu için iyi inhibitörler olarak kabul edilir:
1) Yüzey özelliği değişiklikleri ile hidrat oluşumunu inhibe edebilirler; ve 2) Başlangıçta hidrat hücrelerinin oluşumuna yardımcı ama boru hattı7aşağı kristal daha fazla büyüme ve aglomerasyon önlemek . Sürfaktanlar etkili inhibitörleri olduğu kanıtlasa da, yüzey aktif maddelerin varlığında kristalizasyon süreciyle ilgili hala büyük miktarda bilgi eksiktir. Bazı çalışmalar, yüzey aktif maddelerin kullanımının bazı subcooling'lerde ilk hidrat kristalizasyon süresini uzatabileceğini göstermiş olsa da, diğer çalışmalar düşük yüzey aktif konsantrasyonlarda istisnalar bulmuştür. Düşük yüzey aktif konsantrasyonlarda, su damlacıkları birleştirme eğilimindedir ve hidrat oluşumu sürecini hızlandırmak8. İnhibisyon süreci, düzlemsel hidrat büyümesini kesintiye uğratan sürfaktan moleküller tarafından açıklanmıştır ve hidrat ıboş-konik kristal oluşumuna zorlanır. Konik kristaller kristal büyüme için mekanik bir bariyer oluşturmak9, ve böylece büyümeyi inhibe.
Bu çalışmada hidrat görüntüleme hücresi ile birlikte düşük maliyetli, entegre modüler Peltier cihazı (IMPd) tasarladık ve uyguladık ve bunları niyonik yüzey aktif maddelerin varlığında siklopentane hidrat oluşumunu incelemek için kullandık. Genellikle derin deniz rezervuarlarında hidratoluşturan düşük molekül ağırlıklı gazlar (örneğin, CH4 ve CO2)yerine siklopentane kullanılmasının nedeni, bu gazların kararlı hidratlar oluşturmak için daha yüksek basınç ve daha düşük sıcaklıklara ihtiyaç duymasın. Siklopentane ortam basıncında hidratlar oluşturduğundan ve ~7.5 °C'ye kadar olan sıcaklıklarda, genellikle hidrat oluşumu10için model malzeme olarak kullanılır.
Entegre modüler Peltier cihazı (IMPd), açık kaynak kodlu mikrodenetleyici, Peltier plaka, CPU soğutucu (ısı emici) ve su geçirmez dijital sıcaklık sensöründen oluşur. Cihaz maksimum sıcaklık diferansiyelini 68 °C olarak sunabilir. Minimum sıcaklık çözünürlüğü 1/16 °C'dir. Elektrik devresi ve donanım ı da dahil olmak üzere tüm sistem 200 dolardan daha az bir fiyata inşa edilebilir. Sıcaklık sensörü mikrodenetleyiciye rapor lanır ve transistöre çıkış sinyalleri gönderir. Transistör daha sonra DC güç kaynağından gelen akımı Peltier elemanından geçirir. Isı emici, Peltier'in sıcak tarafından gelen ısıyı ortam havasına doğru püskürterek Peltier elementinin soğumasına yardımcı olur. IMPd sisteminin monte edilmiş donanım bileşenleri Şekil 1a,b'degösterilmiştir. Şekil 1c, kontrol döngüsünün tüm bileşenleri (orantılı-integral-türevi [PID] denetleyicisi) ve pin-out'ları ile kablo şemasını gösterir. Mikrodenetleyicinin çıkış akımı, R1 kapı rezistansı ile 23 mA (I = 5 V/220 W) maksimum akımla sınırlandırıldı. Şekil 1c'deki çekme rezistansı R2, kapı yükünün dağılmış olmasını ve sistemi kapatmasını sağlar. PID denetleyicisini ayarlamak için Ziegler-Nichols tabanlı yöntemler ve yinelemeli bir işlem kullanılır11. Mikrodenetleyici entegre geliştirme ortamı (IDE) yazılımı, sıcaklık düzenlemesi için mikrodenetleyiciye komutları izlemek ve göndermek için kullanılır.
IMPd ile birlikte görselleştirme teknikleri ve iç basınç ölçümleri kullanarak yeni bir yaklaşım uyguladık. IMPd'nin üzerine yerleştirilen hidrat görüntüleme hücresi, iki çift bölmeli gözlem penceresi ile donatılmış bir pirinç hücreden oluşur. Pencereler siklopentane su damlacıküzerinde hidrat oluşum sürecinin video kaydı sağlar. Tamamlayıcı metal-oksit yarı iletken (CMOS) kamera pencerenin dışına yerleştirilir ve basınç transdüser damla iç basınç ölçümleri almak için su enjeksiyon hattına bağlanır. Basınç transdüserinin okumalarını almak için dijital transdüser uygulaması kullanılır. CMOS kameradaki videoları ve görüntüleri yakalamak için bir kamera görüntüleyici kullanılır. Yazılım pozlama ve anlık görüntü sıklığını kontrol eder. Görüntü işleme yazılım programları hidrat büyümesini izlemek için kullanılır. Şekil 2a hidrat görme hücresinin şematik bir açıklamasını gösterir ve Şekil 2b tüm deneysel sistemin genel görünümünü gösterir. Tohum hidrat(Şekil 2a)tutarlı çekirdekleşme ve hidrat büyüme hızının izlenmesi için gereklidir. Tohum hidrat, hidrat hücresinin zemininde biriken saf suyun küçük bir hacmidir (örn. 50-100°L). Sıcaklık azaldıkça, damla buz oluşturur, bu da sıcaklık arttıkça nemlendirmeye dönüşür. Tohum hidrat küçük bir parça sonra su damlacık temas. Bu işlem, su altında su damlacıkhiditinin başlatılmasını kontrol eder. Silika kurutucu, görüntüleme penceresi olarak hizmet veren iki cam slayt(Şekil 2c)arasındaki boşluğa yerleştirilir. Silika kurutucu pencerelerde buzlanma ve sisleme miktarını azaltmaya yardımcı olur. Sislenmeyi azaltmak için dış pencereye de sis önleyici uygulanır. Görüntüler CMOS kamera ve 28-90 mm lens ile yakalanır. Aydınlatma için 150 W fiber optik kaz yaka lambası kullanılır. Siklopentenin buharlaşmasını sınırlamak için pirinç hücrenin üstüne akrilik kapak yerleştirilir. Sıhhi tesisat esnek politetrafloroetilen (PTFE) tüp ve sert pirinç boru bir arada oluşur. 1 mL cam şırınga ve 19 G iğne ile bir şırınga pompası su ve yüzey aktif çözelti akışını kontrol. Basınç transdüseri, su yüzey aktif çözeltisi damlacığı içindeki basınç değişikliklerini izler. 19 G PTFE borusu şırıngayı T-fitting'a, 1/16 inç (1.588 mm) pirinç boruyu t-fitting'a bağlar (Şekil 2d). 180° virajlı yaklaşık 5 cm uzunluğundaki pirinç kanca, su/yüzey aktif çözelti damlacıkları oluşturur. Büküm, şırınga tarafından üretilen damlacık deneme boyunca tüpün üstüne oturur sağlar. PtFE ezilme ferrules ve PTFE iplik bant ile birlikte 1/16 in. paslanmaz çelik T-fitting parçaları mühür.
Bu cihazı kullanarak, petrol endüstrisinde yaygın olarak kullanılan farklı hidrofilik-lipofilik dengelere (HLB) sahip dört farklı noniyonik yüzey aktif maddeyi inceledik: sorbitane monolaurate, sorbitane monooleat, PEG-PPG-PEG ve polioksietiyelizan tristearate.

<table><tbody><tr><td>1/16 inç Swagelok 316 paslanmaz çelik T-bağlantı</td><td>Swagelok</td><td></td><td></td></tr><tr><td>19 gauge PTFE boru</td><td>Scientific Commodities, Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>19 gauge iğne (model: 1001 LTSN SYR)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>1 Telli DS18B20 - su geçirmez dijital sıcaklık sensörü</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Buğu önleyici</td><td>RainX</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Arduino Leonardo açık kaynaklı mikrodenetleyici</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pirinç boru 1/16 inç.</td><td>K & S Hassas Metaller</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Chemyx Fusion 100 İnfüzyon Pompası</td><td>Chemyx</td><td></td><td></td></tr><tr><td>cMOS kamera acA640-750um</td><td>Basler</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Siklopentan %98 ekstra saf</td><td>ACROS organikler</td><td>AC111481000</td><td></td></tr><tr><td>Fiber optik kaz boyunlu lamba 150W</td><td>AmScope</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Fotodiox makro uzatma tüpleri, 35 mm</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Hamilton cam şırınga 1 mL</td><td>Hamilton</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ImageJ yazılımı</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Kipon EOS - C yuvası adaptörü</td><td>Kipon</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Lens 28-90 mm</td><td>Canon</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Mathematica yazılımı</td><td>Mathematica</td><td></td><td></td></tr><tr><td>OMEGA PX409-10WGUSBH basınç dönüştürücü</td><td>OMEGA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Peltier plakası TEC1-12715</td><td>Amazon</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pluronic L31 (PEG-PPG-PEG)Sigma</td> <td>Aldrich</td><td>9003-11-6</td><td></td></tr><tr><td>Pilon Görüntüleyici v5.0.0.6150</td><td>Basler</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Açıklığı 20 (Sorbitan laurate, Sorbitan monolaurate)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>1338-39-2</td><td></td></tr><tr><td>Span 80 (Sorbitan Monooteate)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>1338-43-8</td><td></td></tr><tr><td>Thermaltake NiC C4 120mm CPU soğutucu</td><td>Thermaltake</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tween 65 (Polioksietilenorbitan Tristearat)</td> <td>Sigma Aldrich</td><td>9005-71-4</td><td></td></tr><tr><td>değişken Tooluxe DC güç kaynağı</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

düşük maliyetli entegre modüler peltier cihazı kullanarak yağ-su arayüzlerinde hidrat kristalizasyonu Üzerine sürfaktan etkilerinin İncelenmesi

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

Noniyonik yüzey aktif maddelerin etkisi altında hidratların oluşumunu ve büyümesini incelemek için bir yaklaşım sıyoruz. Deneysel sistem bir sıcaklık düzenleyici, görselleştirme teknikleri ve iç basınç ölçümleri içerir. Sıcaklık kontrol sistemi, katı hal Peltier bileşenlerinden yapılmış düşük maliyetli, programlanabilir bir sıcaklık regülatörü içerir. Sıcaklık kontrol sistemi ile birlikte, niyonik yüzey aktif maddelerin varlığında hidrat oluşumu nu ve inhibisyonu incelemek için görselleştirme teknikleri ve iç basınç ölçümlerini bir araya getirdik. Düşük (yani, 0.1 CMC), orta (yani, CMC) ve yüksek (yani, 10 CMC) konsantrasyonlarında noniyonik yüzeyaktif maddelerin (sorbitane monolaurate, sorbitane monoolelat, PEG-PPG-PEG ve polioksietilenekar tristearate) hidrat inhibe yeteneğini inceledik. İki tür kristal oluşmuştur: düzlemsel ve konik. Düzlemsel kristaller düz su ve düşük yüzey aktif konsantrasyonlarda oluşmuştur. Konik kristaller yüksek yüzey aktif konsantrasyonlarda oluşmuştur. Çalışmanın sonuçları konik kristallerin hidrat inhibisyonu açısından en etkili olduğunu göstermektedir. Konik kristaller belli bir boyutu geçemediği için, konik kristal olarak hidrat büyüme hızı düzlemsel kristal olarak hidrat büyüme hızından daha yavaştır. Bu nedenle, suitileri konik kristaller oluşturmaya zorlayan yüzey aktif maddeler en verimli olandır. Protokolün amacı, yüzey aktif moleküllerin varlığında bir su damlacığı yüzeyinde siklopentane hidrat kristalizasyon sürecini araştırma yeteneğine sahip deneysel bir sistemin ayrıntılı bir açıklamasını sağlamaktır.

Bu deneysel sistemi kullanarak bir yağ-su arayüzünde hidrat oluşumunu incelemek ve kristalizasyon süreci ile ilişkili interfacial stres ölçmek. Şekil 6 hem kristal oluşumu nu hem de interfacial stresi içeren temsili bir sonuç kümesini gösterir. Düzlemsel kabuk büyümesinde(Şekil 6a),kristal iki kutuptan ekvatora doğru büyümüş. Bu nedenle, düzlemsel kristal, hidrat kabuğu sürekli büyüdü. Saf su ve düşük yüzey aktif konsantrasyonlarda hidrat, <stro...

Siklopentane'ye batırılmış bir su damlacığının arayüzünde nonik yüzey aktif maddelerin varlığında hidrat oluşumunu incelemek için bir protokol sıyoruz. Protokol, düşük maliyetli, programlanabilir, sıcaklık düzenleyicisi oluşturmaktan oluşur. Sıcaklık kontrol sistemi görselleştirme teknikleri ve iç basınç ölçümleri ile birleştirilir.

Düşük Maliyetli Entegre Modüler Peltier Cihazı Kullanarak Yağ-Su Arayüzlerinde Hidrat Kristalizasyonu Üzerine Sürfaktan Etkilerinin İncelenmesi

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

Protokol, yüzey aktif inhibitörlerinin hidrat kristalleri üzerindeki etkisinin incelenmesinde uygulanabilir. Hem kristalin türü hem de inhibisyon mekanizması hakkında bilgi sağlar. Bir mililitrelik cam şırıngaya 19 kalibrelik bir iğne takın.İğne yi ve şırıngayı üç kez deiyonize suyla durulayın ve şırıngayı deiyonize suyla doldurun. Daha sonra, hidrat görüntüleme hücresini 25 mililitre siklopentane ile doldurun. Şırıngayı kullanarak, hidrat görselleştirme hücresinin altına deiyonize su damlatın.Bu su damlası tohum hidrat. Daha sonra, sıcaklık sensörünü hücrenin dibine yakın hidrat görüntüleme hücresinin içine yerleştirin. Siklopentanebuharlaşmasını önlemek için, hücre üzerine akrilik kapak koyun ve yerine kapağı vida.Tohum hidrat odaklanmak için ışıkları ve kamera ayarlayın. Sıcaklık kontrol cihazını kullanarak Peltier plakasının sıcaklığını 5 dereceye ayarlayın. Sıcaklık sensöründen bildirilen değerleri izleyin.Sıcaklık negatif beş dereceye ulaştığında, hidrat görüntüleme odasının altındaki tohum hidratının buza dönüştüğünden emin olun. Peltier plakasının sıcaklığını 0,5 santigrat derecelik artışlarla iki santigrat dereceye ayarlayın. Sıcaklık iki dereceye ulaştığında, şırınga kullanarak su ile sıhhi tesisat doldurun.Sonra, siklopentane içine pirinç kanca indirin ve beş dakika boyunca dengelemek için izin. Basınç dönüştürücüiçin yazılımı kullanarak, dijital transdüser kayıtlarını başlatmak için Başlat düğmesine basın. Şırınga pompasına bağlayın, şırınga pompasını iki mikrolitrelik bir hacim enjekte edin ve çalıştıracak şekilde ayarlayın.Şırınga, suyu siklopentan banyosuna daldırarak batık bir su damlacıkları oluşturacak. Tohum hidrat küçük bir parça kaldırmak için bir iğne ucu kullanın. Tohum hidrat parçası ile iğne ucu su damlacık ile kısa temas içine hidrat oluşumunu başlatmak için getirin.Kamera yakalama yazılımında Başlat Kaydı'na basın. Kristalizasyon işleminin görüntülerini tek bir Hertz'e kaydedin. Kritik micelle konsantrasyonu bulmak için, makalede açıklandığı gibi standart çözümler hazırlayarak başlayın.Dikitan çözeltinin yüzey gerilimini ölçmek için pompayı dakikada 0,5 mililitre lik bir çözeltiyi bir mililitrelik çözeltiyi kovmak için programlayın. Şırınga pompasını ve şırıngayı dikey olarak yerleştirin ve damlaları havaya bırakın. Damla sayısını sayın ve damla hacmini bulmak için bir mililitreyi damla sayısına bölün.Her çözelti için, el yazmasında açıklandığı gibi yüzey gerilimini hesaplayın ve yüzey gerilimini yüzey gerilimini yüzey konsantrasyonunun bir fonksiyonu olarak çizin. Yüzey gerilim eğrisinin düzleştiği konsantrasyon kritik micelle konsantrasyonu olan CMC'dir. Bir su damlacığı üzerinde hidrat oluşumunu ölçmek için kullanılan prosedürü tekrarlayın, ancak çeşitli konsantrasyonlarda yüzey aktif çözümler kullanın.Kristalizasyon işleminin sırasına göre ilk görüntüyü açmak için görüntü işleme yazılımını kullanın. Görüntüdeki pirinç tüpün çapını ölçmek için yazılımdaki uzunluk aracını kullanın. Görüntüdeki ölçeği, bir inçin onaltıda biri olan pirinç tüpün bilinen çapına göre ayarlayın.Çekirdekleşmeden damlacık dönüştürmeişlemine kadar işlemi yakalayan 10 eşit aralıklı görüntü seçin. Her görüntü için, damlakonturunu el ile algılamak ve konturu kırmızıyla işaretlemek için yazılımı kullanın. Daha sonra, hidrat konturunu manuel olarak takip edin ve konturu siyahla doldurun.Kamera sadece küresel damlacık 2D projeksiyon yakalar. Damla ve hidrat kaplı yüzey alanı nın 3Boyutlu rekonstrüksiyonu oluşturmak için matematiksel modelleme yazılımı kullanın. Bu deneysel sistemi kullanarak, bir yağ suyu arayüzünde hidrat oluşumunu incelemek ve kristalizasyon süreci ile ilişkili interfacial stres ölçmek.Saf su ve düşük yüzey aktif konsantrasyonlarda, hidrat ekvatora doğru iki kutup sabit bir hızda büyüyen, düzlemsel bir kabuk morfolojisi oluşturdu. Hidrat büyüdükçe, aynı sayıda yüzey aktif molekül daha küçük bir alanı işgal etti ve zamanla interfacial stresin azalmasına neden oldu. Yüksek yüzey aktif konsantrasyonlarda, hidrat konik bir kristal olarak büyüdü.Kristal yeterince büyüyünce, koninin bir kısmı damlacık yüzeyinden kurtuldu. Bu büyüme modeli tekrar tekrar salınımlı bir şekilde oldu. Konik kristal kritik bir boyuta ulaştıktan ve damlacık yüzeyinden ayrıldıktan sonra, yüzey aktif moleküller için mevcut yüzeydeki ani artış yüzler arası streste artışa neden oldu.Bir kristal sonra tekrar büyümeye başladı, bir salınım desen verimli. Çoğu yüzey aktif çözeltisi saf suya göre hidrat büyümesini engelledi. Polioksietilen sorbitan tristereate yüksek konsantrasyonda en etkili inhibitör oldu.Bu sistem bazı yüzey aktif maddelerin hidratları neden diğerlerinden daha iyi inhibe ettiği hakkında bilgi verebilir. Sistem aynı zamanda arayüzlerde kristallerin genel oluşumunu incelemek için de kullanılabilir.

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

Kimya

Burada, polidimetilsiloksandan (PDMS) yapılmış çift katmanlı bir mikroakışkan sistemin imalatını ve çalışmasını açıklıyoruz. Bu cihazın, kristalin bir moleküler malzemenin koordinasyon yolunu yakalama, yönlendirme ve çip üzerinde hapsolmuş yapılar üzerindeki kimyasal reaksiyonları kontrol etme potansiyelini gösteriyoruz.

Mikroakışkan Pnömatik Kafesler: Bir In-yonga Kristal Bindirme, Manipülasyon için Yeni Yaklaşım ve Kontrollü Kimyasal Arıtma

hava-sıvı kristal arayüzünde megamolecular biyopolimerlerin kurutma kaynaklı kendini entegrasyon için bir yöntem olup burada sağlanır. Bu metodoloji Biyopolimerlerin makroskopik potansiyellerini anlamak için değil, aynı zamanda biyomedikal ve çevre alanlarında yumuşak malzemeler için bir değerlendirme yöntemi olarak sadece yararlı olacaktır.

Kurutma Hava-LC Arayüz üzerinde Megamolecular Biyopolimerlerin Kendinden entegrasyonu için Yöntemler

Bu yordamı, kolay ve hızlı bir mikrosıvısal aygıt ile özelleştirilebilir geometri ve petrol kurtarma çalışmaları için organik sıvılar tarafından şişme direnç üretmek için hedeftir. Bir polydimethylsiloxane kalıp ilk oluşturulan ve epoksi esaslı aygıt döküm için kullanılır. Bir temsilci deplasman çalışma bildirilmektedir.

Gözenek çaplı olay süreçleri gözenekli ortamda petrol kurtarma uygulamaları için karakterize için mikrosıvısal aygıtlar

Bu makalede mikrosıvısal süreci ve sıvı kristal elastomerler kişiseldir parçacıkları hazırlamak için parametreler açıklanır. Bu işlem çalıştırma büyüklüğü yanı sıra parçacıklar ve onların boyutu ve şekli (gelen oblate şiddetle muhtemelen için çekirdek-kabuk ve Janus türleri morfoloji) varyasyon prensibi hazırlık sağlar.

Sıvı kristal Elastomer aktüatörler mikrosıvısal hazırlanması

Protokolün genel amacı, hücre içermeyen protein sentezi için kullanılabilecek 1 cm2 düzlemsel substrat üzerinde bir milyondan fazla sipariş, üniforma, kararlı ve biyouyumlu femtolitre damlacıkları hazırlamaktır.

Tek DNA Moleküllerinden Kitlesel Paralel Protein Sentezi için Femtolitre Damlacık Dizisi

Biz bakır ile lipid bilayer doping tarafından su / hava arayüzü bir hibrid lipid membran üretmek için bir protokol rapor (II) 2,9,16,23-tetra-tert-butyl-29H,31H-phthayanilocne (CuPc) molekülleri. Ortaya çıkan hibrid lipid membran lipid/CuPc/lipid sandviç yapısına sahiptir. Bu protokol diğer fonksiyonel nanomalzemelerin oluşumuna da uygulanabilir.

Su/Hava Arabiriminde Hidrofobik Organik Moleküllerle Doped Hibrid Lipid Membranların Kendi Kendine Montajı

Bu makalede, yüksek basınç koşullarına uygun iki mikroakışkan üretim tekniğinin karşılaştırmalı bir çalışması olan fotolitografi/ıslak gravür/termal yapıştırma ve Seçici Lazer kaynaklı Gravür (SLE) gibi karşılaştırmalı bir çalışma anlatılmaktadır. Bu teknikler, rezervuar koşullarında taşıyıcı anne ve kırık sistemlerde sıvı akışının doğrudan gözlemi için platformları oluşturmaktadır.

Kırık Konvansiyonel Olmayan Rezervuarlarda Mikroölçekli Süperkritik CO2 Köpük Taşımanın Yüksek Basınçlı Testlerinde Mikroakışkan Üretim Teknikleri

Bu protokol, yüksek erime sıcaklıklarına sahip lipitler için lipid monolayer montajını ve damlacık arayüzü bilayer oluşumunu teşvik etmek için geri bildirim sıcaklığı kontrollü bir ısıtma sisteminin kullanımını ve membrandaki sıcaklık odaklı değişiklikleri karakterize etmek için kapasitans ölçümlerini detaylandırıyor.

Damlacık Arayüzü Bilayer'in Sıcaklık Kontrollü Montajı ve Karakterizasyonu

Çeşitli inhibitörlerin, promotörlerin ve substratların hidrat kristal morfolojisi üzerindeki etkilerini incelemek için sessile su damlacıkları üzerinde gaz hidrat oluşturmak için bir yöntem açıklıyoruz.

Sessile Su Damlacıklarında Metan Hidrat Kristalizasyonu

Mevcut protokol, mikroakışkan cihazlarda mikroskobik buz kristallerinin ve klatrat hidratların kristalleşmesini tanımlamakta ve oluşan kristallerin etrafında sıvı değişimini sağlamaktadır. Bu, inhibitörlerin kristalleşme sürecini ve bağlanma mekanizmalarını incelemek için eşsiz olanaklar sağlar.

Buz ve Klatrat Hidrat Kristalizasyonunun İncelenmesi için Mikroakışkan Bir Yaklaşım

Bu yazıda, ara yüz morfolojisini görselleştirirken ara yüz gerilimi ve yüzey dilatasyonel reolojisinin eşzamanlı ölçümlerini yapmak için bir mikrotensiyometre/konfokal mikroskobun tasarımı ve çalışması anlatılmaktadır. Bu, teknoloji ve fizyolojide önemli olan arayüzlerin yapı-özellik ilişkilerinin gerçek zamanlı olarak inşasını sağlar.

Dinamik Arayüzlerin Konfokal Mikroskopi Görselleştirmesi için Mikrotensiyometre

Keşfedin, düşük maliyetli Peltier cihazı kullanarak siklopentan-su arayüzlerinde hidrat kristalizasyonunu ve noniyonik sürfaktan inhibitörlerinin etkilerini nasıl analiz edeceğinizi. Bu yöntem kristal tiplerini ve inhibisyon mekanizmalarını görselleştirir.

Düşük Maliyetli Entegre Modüler Peltier Cihazı Kullanarak Yağ-Su Arayüzlerinde Hidrat Kristalizasyonu Üzerine Sürfaktan Etkilerinin İncelenmesi (Video) | JoVE Journal

Düşük Maliyetli Entegre Modüler Peltier Cihazı Kullanarak Yağ-Su Arayüzlerinde Hidrat Kristalizasyonu Üzerine Sürfaktan Etkilerinin İncelenmesi

Daha fazla video keşfet