セシル水滴のメタンハイドレート結晶化

ガスハイドレートは、ファンデルワールス相互作用を介してゲストガス分子をトラップする水素結合水分子のケージです。メタンハイドレートは、高気圧および低温条件下で形成され、大陸のマージンに沿った地下堆積物、北極永久凍土下、および太陽系¹の他の惑星体に自然界で発生する。ガスハイドレートは、気候とエネルギーに重要な意味を持つ炭素の数千ギガトンを格納します².ガスハイドレートは、水和物に有利な条件がガスパイプラインで発生し、致命的な爆発や石油流出につながるパイプを詰まらせることができるため、天然ガス業界でも危険である可能性があります^。

その場でのガスハイドレートの研究が難しいため、水和物の特性と阻害剤や基質の影響を特徴付けるために、実験室での実験がしばしば採用^{されている。}これらの実験は、様々な形状および大きさの細胞内で上昇圧力でガスハイドレートを成長させることによって行われる。ガスパイプラインにおけるガスハイドレートの形成を防ぐ努力は、不凍タンパク質(AMP)、界面活性剤、アミノ酸、およびポリビニルピロリドン(PVP)5,6を含むいくつかの化学的および生物学的ガスハイドレート阻害剤の発見に至った。これらの化合物がガスハイドレート特性に及ぼす影響を判断するために、これらの実験は、オートクレーブ、結晶化剤、攪拌反応器、および0.2〜10⁶立方センチメートル⁴の体積を支える揺動細胞を含む多様な容器設計を採用している。

ここで、以前の研究で使用されるセシル液滴法7、8、9、10、11、12は、圧力セル内の水のセスシル液滴上にガスハイドレートフィルムを形成することを含む。これらの容器は10-20 MPaまでの圧力に対応するためにステンレス鋼およびサファイアから成っている。セルはメタンガスボンベに接続されています。これらの2つの研究は、PVP^7、11などの市販の運動水和阻害剤(KHI)と比較して、ガスハイドレート阻害剤としてAFPを試験するために液滴法を用いた。Bruusgardら.⁷阻害剤の形態学的影響に焦点を当て、I型AMPを含む液滴は、高い駆動力で阻害剤を持たない樹状液滴表面よりも滑らかでガラス状の表面を有することを発見した。

Udegbunamら¹¹は、以前^の研究でKHIを評価するために開発された方法を使用して、形態/成長機構、水和液-液体蒸気平衡温度/圧力、および速度論を温度の関数として分析することを可能にする。Jungらは_、CH4水和物シェル⁸を形成した後に細胞を_CO2であふれさせることにより_、CH4-CO2置換を研究した。陳らは、水和物殻が⁹を形成するとしてオストワルド熟成を観察した。エスピノーザら他は、様々な鉱物基質上の_CO2水和物^殻を研究した。液滴法は、ガスハイドレートに対する様々な化合物や基質の形態学的効果を決定するための比較的簡単で安価な方法であり、少量の体積に起因する少量の添加剤を必要とします。本論文では、サファイアウィンドウを備えたステンレスセルを用いて水滴にこのような水和物殻を形成する方法を説明し、最大10MPaの作動圧力を評価する。