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

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

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.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. К. Сагидуллин

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

Автор, ответственный за переписку.
Email: sagidullin@niic.nsc.ru
Россия, Новосибирск; Казань

Т. П. Адамова

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

Email: adamova@niic.nsc.ru
Россия, Новосибирск

Т. В. Басова

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

Email: basova@niic.nsc.ru
Россия, Новосибирск

А. С. Стопорев

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

Email: stopor89@bk.ru
Россия, Новосибирск; Казань

А. Ю. Манаков

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

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

Список литературы

  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.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Типичная экспериментальная кривая; область I – под давлением метана 12.5 МПа, экзотермический эффект соответствует образованию гидрата; область II – вне области стабильности гидрата (0.2–0.3 МПа метана), экзотермический эффект соответствует кристаллизации льда, плато при 0°С – плавлению льда. Сплошная вертикальная линия соответствует границе между областями I и II.

Скачать (73KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Экспериментально полученные кривые нуклеации гидрата метана; 1 – нуклеация из воды в ячейках без специальной обработки (случай (а)); 2 – нуклеация из воды в ячейках, загруженных сразу после обработки хромовой смесью (случай (б)); 3 – нуклеация из воды в ячейках, обработанных хромовой смесью и выдержанных три дня на воздухе (случай (в)); 2М – нуклеация из 2 мас. % раствора малоновой кислоты в ячейках, загруженных сразу после обработки хромовой смесью; 3М – нуклеация из 2 мас. % раствора малоновой кислоты в ячейках, обработанных хромовой смесью и выдержанных три дня на воздухе.

Скачать (82KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Капли воды на различным образом обработанных поверхностях: вверху – сразу после обработки, посередине – через три дня после обработки, внизу – для поверхности, не подвергавшейся обработке.

Скачать (117KB)
Метаданные
5. Рис. 4. ИК-спектры случайно выбранных точек на образцах борсиликатного стекла, обработанных разными методами (см. текст); 1 – спектр поверхности образца стекла, обработанного по методу (б); 2 и 3 – спектры разных участков поверхности образца стекла, обработанного по методу (в). Образцы, обработанные по методу (а), использовались в качестве базовой линии для записи приведенных спектров.

Скачать (125KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Различные стадии роста гидрата метана из 2 мас. % раствора малоновой кислоты. Исходное состояние образца (а). Появление кристалла гидрата метана на поверхности контакта стекло – раствор, кристалл указан стрелкой (б). Растущий на поверхности контакта стекло – раствор кристалл гидрата коснулся линии раздела раствор – стенка – газ, начался рост пленки гидрата на поверхности раствора и рост игольчатых кристаллов гидрата в объем раствора (в). Начало «выползания» кристаллов гидрата на стенку ячейки (г). Полное зарастание гидратом стенок ячейки. Исходный уровень раствора отмечен белой линией (д).

Скачать (229KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

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».