Нуклеация гидрата метана из воды и растворов малоновой кислоты в стеклянных ячейках с различной гидрофильностью поверхности

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

В работе исследована нуклеация гидрата метана из чистой воды и 2 мас. % раствора малоновой кислоты. Эксперименты проводились в стеклянных ампулах с обычной либо увеличенной гидрофильностью поверхности. Для увеличения гидрофильности поверхности использовались обработка хромовой смесью с последующим кипячением в воде. Показано, что более быстрая нуклеация (меньшие индукционные периоды) имеют место на более гидрофобных стенках. Если вместо чистой воды берется 2 мас. % раствор малоновой кислоты, индукционные периоды для большей части образцов существенно увеличиваются, причем этот эффект более выражен для гидрофилизированных стенок ампул. В работе обсуждаются возможные причины этих изменений. Визуальные наблюдения показали, что как минимум в большинстве случаев нуклеация гидрата в стеклянных ячейках в растворах малоновой кислоты происходит на поверхности контакта раствор — стекло, а не на трехфазной линии контакта раствор — стекло — газ.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. К. Сагидуллин

Институт неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН; Казанский федеральный университет

Author for correspondence.
Email: sagidullin@niic.nsc.ru
Russian Federation, Новосибирск; Казань

Т. П. Адамова

Институт неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН

Email: adamova@niic.nsc.ru
Russian Federation, Новосибирск

Т. В. Басова

Институт неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН

Email: basova@niic.nsc.ru
Russian Federation, Новосибирск

А. С. Стопорев

Институт неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН; Казанский федеральный университет

Email: stopor89@bk.ru
Russian Federation, Новосибирск; Казань

А. Ю. Манаков

Институт неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН; Казанский федеральный университет

Email: manakov@niic.nsc.ru
Russian Federation, Новосибирск; Казань

References

  1. Manakov A.Y., Stoporev A.S. // Russ.Chem.ReV. 2021. V. 90. No 5. P. 566.
  2. Liu L.P., Sun Z., Zhang L., Wu N. et al. // Acta Geol.Sin. Engl. 2019. V. 93. No 3. P. 731.
  3. Veluswamy H.P., Kumar A., Seo Y., Lee J.D. et al. // Appl.Energy. 2018. V. 216. P. 262.
  4. Xu C.-G., Yu Y.-S., Xie W.-J., Xia X.-M. et al. // Ibid. 2019. V. 255. 113791.
  5. Сергеева М.С., Петухов А.Н., Шаблыкин Д.Н., Степанова Е.А. и др. // Журн. физ. химии. 2022. T. 96. № 1. C. 39. (Sergeeva M.S., Petukhov A.N., Shablykin D.N., Stepanova E.A. et al. // Russ. J. Phys. Chem. 2022. V. 96. P. 54. https://doi.org/10.1134/S0036024422010216)
  6. Mali G.A., Chapoy A., Tohidi B. // J. Chem. Thermodyn. 2018. V. 117. P. 91.
  7. Kashchiev D., Firoozabadi A. // J.Cryst.Growth. 2002. V. 243. No 3–4. P. 476.
  8. Kashchiev D., Firoozabadi A. // Ibid. 2003. V .250. No 3–4. P. 499.
  9. Metaxas P.J., Lim V.W.S., Booth C. et al. // Fuel. 2019. V. 252. P. 448.
  10. Lim V.W.S., Barwood M.T.J., Metaxas P.J. et al. // Chem. Eng. J. 2022. V. 443. 136359.
  11. Barwood M.T.J., Metaxas P.J., Lim V.W.S. et al. // Chem. Eng. J. 2022. V. 450. 137895.
  12. Shestakov V., Sagidullin A., Stoporev A., Grachev E. et al. // J. Mol. Liq. 2020. V. 318. 114018.
  13. Shestakov V.A., Kosyakov V.I., Manakov A.Y. et al. // Petrol. Sci. Tech. 2019. V. 37. No 5. P. 513.
  14. Maeda N. // Energy Procedia. 2019. V. 158. P. 5928.
  15. Maeda N. Nucleation of gas hydrates, Springer Nature, Switzerland AG, 2020, 197 P.
  16. Maeda N., Shen X. // Fuel. 2019. V. 253. P. 1597.
  17. Maeda N. // Fluid Phase Equilibr. 2016. V. 413. P. 142.
  18. Adamova T.P., Stoporev A.S., Manakov A.Y. // Cryst. Growth Des. 2018. V. 18. No 11. P. 6713.
  19. Yu W., Maeda N. // Energy Fuels. 2023. V. 37. No 5. P. 3760.
  20. Jeong K., Metaxas P.J., Helberg A. et al. // Chem. Eng. J. 2022. V. 433. 133494.
  21. Kar A., Acharya P.V., Bhati A. et al. // ACS Sust. Chem. Eng. 2021. V. 9. No 33. P. 11137.
  22. Nesterov A.N., Reshetnikov A.M., Manakov A.Yu. et al. // J. Mol. Liq. 2015. V. 204. P. 118.
  23. Khurana M., Yin Z., Linga P. // ACS Sust. Chem. Eng. 2017. V. 5. No 12. P. 11176.
  24. Warrier P., Khan M.N., Srivastava V., Maupin C.M. et al. // J. Chem. Phys. 2016. V. 145. No 21. 211705.
  25. Stoporev A.S., Adamova T.P., Manakov A.Y. // Cryst. Growth Des. 2020. V. 20. No 3. P. 1927.
  26. Stoporev A.S., Manakov A.Yu., Altunina L.K. et al. // Can. J. Chem. 2015. V. 93. No 8. P. 882.
  27. Cras J.J., Rowe-Taitt C.A., Nivens D.A., Ligler F.S. // Biosensors & Bioelectronics. 1999. V. 14. P. 683.
  28. Suzuki T., Konishi J., Yamamoto K. et al. // J. Non-Cryst. Solids. 2013. V. 382. P. 66.
  29. Gaweł B.A., Ulvensøen A., Łukaszuk K et al. // RSC AdV. 2020. V. 10. P. 29018.
  30. Li H., Wang L. // Fuel. 2015. V. 140. P. 440.
  31. Baek S., Min J., Ahn Y.-H., Cha M. et al. // Energy Fuels. 2019. V. 33. No 1. P. 523.
  32. Filarsky F., Schmuck C., Schultz H.J. // Chemie Ingenieur Technik. 2018. V. 91. No 1–2. P. 85.
  33. Perfeldt C.M., Sharifi H., von Solms N., Englezos P. // J. Nat. Gas Sci. Eng. 2015. V. 27. P. 852.
  34. Strukov D.A., Adamova T.P., Manakov A.Y. // Cryst. Growth Des. 2023. V. 23. No 1. P. 354.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Typical experimental curve; region I - under methane pressure of 12.5 MPa, the exothermic effect corresponds to hydrate formation; region II - outside the hydrate stability region (0.2-0.3 MPa of methane), the exothermic effect corresponds to ice crystallisation, plateau at 0°C - ice melting. The solid vertical line corresponds to the boundary between regions I and II.

Download (73KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Experimentally obtained nucleation curves of methane hydrate; 1 - nucleation from water in cells without special treatment (case (a)); 2 - nucleation from water in cells loaded immediately after treatment with chromic mixture (case (b)); 3 - nucleation from water in cells treated with chromic mixture and kept for three days in air (case (c)); 2M - nucleation from 2 wt.% malonic acid solution in cells loaded immediately after treatment with chromic mixture; 3M - nucleation from 2 wt.% malonic acid solution in cells loaded immediately after treatment with chromic mixture. % malonic acid solution in cells loaded immediately after chromium mixture treatment; 3M - nucleation from 2 wt. % malonic acid solution in cells treated with chromium mixture and kept for three days in air.

Download (82KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Water droplets on variously treated surfaces: top - immediately after treatment, middle - three days after treatment, bottom - for the untreated surface.

Download (117KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. IR spectra of randomly selected points on borosilicate glass samples treated by different methods (see text); 1 - surface spectrum of the glass sample treated by method (b); 2 and 3 - spectra of different surface areas of the glass sample treated by method (c). The samples treated by method (a) were used as a baseline for recording the given spectra.

Download (125KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Different stages of growth of methane hydrate from 2 wt% malonic acid solution. Initial state of the sample (a). Appearance of methane hydrate crystal on the glass-solution contact surface, the crystal is indicated by the arrow (b). The hydrate crystal growing on the glass-solution contact surface touched the solution-wall-gas interface, the growth of the hydrate film on the solution surface and the growth of needle-shaped hydrate crystals into the solution volume began (c). Beginning of ‘crawling’ of hydrate crystals on the cell wall (d). Complete overgrowth of the cell wall with hydrate. The initial level of the solution is marked by a white line (e).

Download (229KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».