Ученые отследили рост пленки гидратов метана в режиме реального времени
Метан способен образовывать с водой твердые супрамолекулярные соединения — так называемые газовые гидраты (клатраты). Они встречаются и в природе (например, на дне некоторых морей и даже озер), и запасы газа в них огромны — в том числе отсюда и интерес: это может быть ценным альтернативным источником топлива. Но поскольку условия, в которых они могут существовать, как правило, достаточно экзотичные (пониженные температура и давление), здесь есть много работы для ученых. В каких условиях клатраты стабильны, как они образуются и разлагаются, как повысить или понизить устойчивость — вопросов множество.
Сибирские ученые из Института неорганической химии СО РАН (Новосибирск; там находится одна из сильнейших научных школ по клатратам) и Томского Политеха провели высокоскоростную видеосъёмку роста плёнки гидрата метана при давлениях 85 ± 5 бар и температурах от –9°C до +8°C. Найдены три режима роста, зависящие от переохлаждения. При малом переохлаждении (1.7°C) фронт плёнки движется равномерно с редкими рывками. При среднем переохлаждении — равномерно без рывков. При максимальном переохлаждении (∼20°C) процесс многостадийный: сначала образуется первичная плёнка с дефектами, затем на них (капиллярный эффект) формируются вторичные кристаллы, которые сливаются в сплошную плёнку. Скорость роста варьировала от 0.035 до 1.40 мм/с в зависимости от условий.
Водой фронт пленки не смачивается — предположительно, из-за адсорбционного слоя метана, делающего поверхность временно гидрофобной. Это интересно: получается, что пленка блокирует контакт вода-газ, резко замедляя дальнейшее гидратообразование (до тех пор, пока не появится новые пути доступа воды). Отсутствие смачивания фронта пленки — важный параметр для моделей переноса воды и газа через гидратный слой. Такие данные полезны и для гипотетической добычи газа из настоящих природных гидратов, и для того, чтобы предотвращать их образование в газопроводах.
Статья вышла в Energy & Fuels (IF = 6.0).
Источник: «Зоопарк из слоновой кости»