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Jun 11, 2023

Absorción de metano presurizado en condiciones normales y sobreenfriadas.

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 136 (2023) Citar este artículo 636 Accesos 1 Altmetric Metrics detalles El sobreenfriamiento de líquidos conduce a peculiaridades que apenas se estudian en

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 136 (2023) Citar este artículo

636 Accesos

1 altmétrica

Detalles de métricas

El sobreenfriamiento de líquidos conduce a peculiaridades que apenas se estudian en condiciones de alta presión. Aquí, informamos la tensión superficial, la solubilidad, la difusividad y el volumen molar parcial para soluciones líquidas normales y sobreenfriadas de metano con p-xileno. Se expusieron cuerpos líquidos de p-xileno perdeuterado (p-C8D10) y, a modo de comparación, o-xileno (o-C8D10), a metano presurizado (CH4, hasta 101 bar) a temperaturas que oscilaban entre 7,0 y 30,0 °C y se observaron a alta resolución espacial (tamaño de píxel 20,3 μm) utilizando un método de obtención de imágenes de neutrones no táctiles. El sobreenfriamiento provocó un aumento de la difusividad y del volumen molar parcial del metano. La solubilidad y la tensión superficial eran insensibles al sobreenfriamiento; este último dependía sustancialmente de la presión del metano. En general, las imágenes de neutrones permitieron revelar y cuantificar múltiples fenómenos que ocurren en soluciones líquidas de metano de p-xileno sobreenfriadas bajo presiones relevantes para la congelación en la producción de gas natural licuado.

Los líquidos enfriados por debajo de sus puntos de fusión muestran propiedades físicas peculiares, como cambios en la viscosidad y la difusividad, que comúnmente se atribuyen a la heterogeneidad dinámica a nivel molecular1,2,3,4,5,6. Los movimientos térmicos de las moléculas se ralentizan debido a barreras energéticas o a la falta de volumen libre1,7,8,9. Pueden estar involucradas interacciones específicas, como enlaces de hidrógeno e interacciones entre anillos aromáticos. Por ejemplo, se planteó la hipótesis de la formación de agrupaciones parecidas al hielo en agua superenfriada, ya que los compuestos orgánicos, como el o-, m-, p-xileno, se volatilizan (las constantes de Henry aumentan) a partir de sus soluciones superenfriadas con agua10. Además del agua, es probable que interacciones específicas influyan en las propiedades de otros líquidos sobreenfriados, como el p-xileno. Se informó que este compuesto, que solidifica a 0,84 GPa a temperatura ambiente, forma trímeros y tetrámeros a 13,5 GPa11. Por lo tanto, se puede esperar que se produzca la heterogeneidad a nivel molecular del p-xileno líquido sobreenfriado y que esté involucrada en la solidificación espontánea y en propiedades difícilmente predecibles debido a la inestabilidad termodinámica.

El alto punto de fusión normal del p-xileno (p-C8H10, 13,25 °C12) hace que este compuesto pueda condensarse, sobreenfriarse y depositarse en puntos fríos en la producción de gas natural licuado (GNL). Los otros isómeros de xileno son mucho menos severos, los puntos de fusión normales12 son: − 25,17 °C (o-C8H10) y − 47,85 °C (m-C8H10). Además, el p-xileno es un compuesto de prueba práctico, además del agua, para estudiar líquidos sobreenfriados a temperaturas bastante suaves. Aunque la condensación de los compuestos BTEX (benceno, tolueno, etilbenceno, xilenos) en la producción de GNL se evita por su baja concentración admitida (< 1 ppm13), este estudio puede aportar una mejor comprensión de los fenómenos que ocurren en los puntos fríos en el procesamiento de gas natural y ampliar el conocimiento general.

Estudios recientes han informado datos experimentales vitales y modelos predictivos que describen las composiciones de fases coexistentes13,14 y, lo que es más importante, la temperatura de fusión del p-xileno (p-C8H10) en sistemas que comprenden metano (CH4) y p-xileno (p-C8H10). 14. Por tanto, el grado de sobreenfriamiento se puede evaluar no sólo para el p-xileno puro sino también para sus mezclas con metano a presiones elevadas. El sobreenfriamiento que se puede lograr depende generalmente de la composición química y de las superficies del dispositivo experimental. Se informó que el sobreenfriamiento de aproximadamente 2 °C induce la solidificación del p-xileno en una punta de cobre enfriada para una solución de metano (CH4) y p-xileno (p-C8H10) a 4,35 °C y 225 bar14. A diferencia de la literatura14, en la que se indujo la solidificación, nuestro objetivo es estudiar las propiedades del líquido sobreenfriado termodinámicamente inestable.

Hasta ahora se han comunicado datos experimentales sobre densidad, solubilidad, velocidad del sonido, capacidad calorífica, tensión superficial y viscosidad de varios líquidos superenfriados, principalmente agua3,10,15,16,17,18,19,20,21,22,23. ,24,25,26,27,28,29. Con la excepción de una investigación sobre la velocidad del sonido y cantidades derivadas para agua sobreenfriada16, los estudios anteriores reportan datos observados a presiones cercanas a la atmosférica o no reportan presión experimental. Los métodos comunes de alto rendimiento para estudiar líquidos en condiciones de alta presión son la densimetría de tubo vibratorio, el método de gota colgante, el método de dispersión de Taylor, el método de ondas capilares, métodos que utilizan espectroscopia Raman y resonancia magnética nuclear30,31,32,33,34 ,35,36,37,38,39,40,41. Hasta donde sabemos, no hay ningún informe disponible sobre su uso para líquidos sobreenfriados a altas presiones. Ciertamente admitimos que se pueden aplicar estos u otros métodos para estudiar las propiedades de los líquidos sobreenfriados. Por ejemplo, se utilizaron espectroscopia Raman y resonancia magnética nuclear para estudios sobre la formación de hidratos de gas natural en condiciones relevantes42,43. Como mostramos en este estudio, nuestro método de imágenes de neutrones de un solo recipiente no táctil44 es aplicable para estudiar sistemas que involucran líquidos sobreenfriados expuestos a gases presurizados.

En este trabajo, se estudió la absorción de metano (CH4) en p-xileno (p-C8D10) y o-xileno (o-C8D10) perdeuterados líquidos, mientras que esta elección de composición isotópica explota el alto contraste neutrónico45 entre el protio (H) y el deuterio ( D). La influencia de la composición isotópica sobre las propiedades físicas de las especies químicas se ha informado exhaustivamente para el benceno más que para los xilenos y parece baja. Por ejemplo, el volumen molar (masa molar sobre densidad) del benceno perdeuterado (C6D6) difiere en menos del 0,24% del del benceno (C6H6) en condiciones relevantes para este estudio46; consulte Información complementaria (SI) para obtener más información. La viscosidad, el punto de fusión, el punto de ebullición y la tensión superficial del benceno perdeuterado difieren de los del benceno en un 5%47, 1,0 °C48, 0,8 K49 y 2% (− 0,5 mN·m−1)50, respectivamente. Se espera que los errores sistemáticos causados ​​por el uso de xilenos deuterados en lugar de los basados ​​en protio (normales) sean comparables a los del benceno.

Los líquidos se mantuvieron a una temperatura constante y se expusieron a un paso de presión de metano en el tiempo cero en celdas cilíndricas44. Dado que las células eran axialmente simétricas (diámetro interior 9,0 ± 0,1 mm), se utilizó el algoritmo de pelado de cebolla51 para proporcionar las reconstrucciones tomográficas en el plano central de la muestra. El coeficiente de atenuación lineal general del líquido (Σ) fue aportado por los dos componentes, A (CH4) y B (p- u o-C8D10). La ley de Beer-Lambert tiene entonces la forma

Las secciones transversales (σ) de los componentes puros se evaluaron basándose en la reconstrucción tomográfica observada justo después de la liberación de metano presurizado al recipiente con el líquido de muestra, asumiendo una evaporación insignificante del líquido y difusión de metano a la parte inferior del cuerpo líquido. (Figura 1). Los símbolos I, N0 yd son intensidad, número de Avogadro y longitud, respectivamente. La concentración molar (c) y la densidad (\(\rho\)) de metano puro en la fase gaseosa y de fluido supercrítico se calcularon utilizando la ecuación de estado de Peng-Robinson52. Se despreció la evaporación de los xilenos53,54; consulte SI para la evaluación de la incertidumbre sistemática combinada. Para los xilenos perdeuterados líquidos, la concentración molar y la densidad se calcularon a partir de las ecuaciones de estado conocidas para los líquidos p- y o-xileno puros (p- y o-C8H10)46 suponiendo que el volumen molar de los productos químicos deuterados y a base de protio son iguales (ver SI para la estimación de la incertidumbre). Las secciones transversales y las densidades de los componentes puros en las condiciones estudiadas se enumeran en la Tabla S1 en SI. En el caso del p-xileno sobreenfriado, la densidad se calculó extrapolando de la región del líquido (normal). Dado que la sección transversal del p-xileno se mantuvo constante en todas las condiciones inspeccionadas, dicha extrapolación proporcionó una aproximación significativa y el p-xileno superenfriado no solidificó ya que la solidificación del p-xileno va acompañada de un cambio de densidad de aproximadamente un 20%12. . El nivel de sobreenfriamiento se evaluó como la diferencia entre la temperatura de fusión y la temperatura real utilizando los datos de la literatura disponible para el punto de fusión del p-xileno a base de protio (p-C8H10) en condiciones relevantes, consulte SI y Materiales y métodos. Es importante señalar que el líquido se hinchó durante la absorción de metano, lo que no permitió el uso simplista de la ley de Beer-Lambert, ecuación. (1).

Reconstrucciones tomográficas de la celda de medición con p-xileno perdeuterado superenfriado (p-C8D10) expuesto a metano a 1,0 bar (A) y a 100,4 ± 0,2 bar a 7,0 ± 0,2 °C (A) – (D). Tiempo después de la exposición a metano presurizado, ajustes de las formas de la interfaz de fase (curvas rojas), nivel local de sobreenfriamiento (sc), ejes y dimensión radial de la celda (líneas azules, 2·R = 9,0 ± 0,1 mm) y dominios utilizados para la Se indica el cálculo del coeficiente de atenuación lineal de los componentes puros (cuadros morados). La línea discontinua verde es el nivel de líquido en el centro de la celda poco después de la presurización. El inserto inferior izquierdo muestra el cuerpo de revolución utilizado para el cálculo del volumen del líquido.

La forma de la interfaz de fase móvil axialmente simétrica en gravedad (curvas rojas en la Fig. 1) se parametrizó resolviendo la ecuación de Young-Laplace en la forma55,56

El problema del valor límite, z'(r = 0) = 0 y z'(r = R) = cot(θ), se resolvió utilizando el método midrich como en el paquete de software Maple 2021, r ∈ (0, R). Los valores óptimos de la tensión superficial (γ) y el ángulo de contacto en la pared de la celda (θ), y su incertidumbre debido a errores aleatorios (ur, factor de cobertura 2) se calcularon utilizando los métodos de Gauss-Newton y Bonferroni57,58, sistemáticos combinados. La incertidumbre de la tensión superficial se calculó utilizando la ley de propagación de la incertidumbre (ver SI). La diferencia de densidad en la interfaz de fase, ∆ρ, se calculó de la siguiente manera.

El volumen del líquido (V) se calculó calculando el volumen del sólido de revolución (ver el inserto en la Fig. 1), que es una generalización de un método anterior que utiliza proyecciones (fotografías en luz visible) de interfaces de fase en tubos de vidrio. sin utilizar la reconstrucción del plano central59. El volumen molar parcial de metano (\(\overline{V}_{{\text{A}}} = \partial V/\partial n_{{\text{A}}}\)) y su incertidumbre debida al azar Los errores (ur, factor de cobertura 2) se calcularon en función de la cantidad molar de metano absorbido (\(n_{{\text{A}}}\)) en todo el cuerpo líquido y su volumen a T, p y moles fijos. cantidad de xileno perdeuterado (\(n_{{\text{B}}}\)), consulte la Fig. 2A y la Tabla S4 en SI. El volumen molar (\(V_{{\text{m}}}\)) del líquido y su densidad (\(\rho\)) dependen de las fracciones molares [\(x_{{\text{A}} } = n_{{\text{A}}} /\left( {n_{{\text{A}}} + n_{{\text{B}}} } \right)\), \(x_{{ \text{B}}} = 1 - x_{{\text{A}}}\)] y masas molares (M) tales que

donde el volumen molar parcial de cada xileno líquido perdeuterado se ajustó a su volumen molar.

(A) Se muestra la gráfica del volumen del líquido en la celda frente a la cantidad molar de metano absorbido junto con el ajuste lineal y su intervalo de confianza. (B) La evolución temporal de la concentración relativa de metano promediada por el radio medido en la interfaz de fase se muestra con un modelo empírico (la curva azul es la gráfica de C∞ − C∞⋅exp[− τ / (91,1 s)] ). La curva roja es el modelo derivado de densidad; el inserto muestra la concentración relativa de metano en la interfaz con respecto al radio de la celda durante un tiempo de 1043 s. Ambos ejemplos son para p-xileno perdeuterado (p-C8D10) superenfriado a 7,0 ± 0,2 °C inicialmente expuesto a metano a 100,4 ± 0,2 bar.

La medición simultánea de la atenuación de neutrones y la forma del líquido (y por lo tanto del volumen) permitió derivar las distribuciones de concentración de ambas especies (Fig. 3A) utilizando las ecuaciones. (1) y (3), se asumió una cantidad molar constante de xileno en el líquido. Esto, a su vez, permitió extrapolar la concentración de metano en la fase de xileno en la interfaz de fase y así derivar la densidad respectiva (Figs. 2B, 3A) necesaria para la ecuación de Young-Laplace, Ec. (2). Además, la coordenada z (representada en la Fig. 1B) se transformó en la coordenada fija B \(\xi\) (Fig. 3B) a lo largo de la cual se determina la concentración molar del xileno perdeuterado (\({c}_{\mathrm{ B}}\)) está arreglado.

(A) Las concentraciones experimentales relativas (C) y moles (c) de metano, y la concentración molar derivada de p-xileno (curva naranja) se trazan frente a la coordenada de profundidad (z) junto con una guía para el ojo (curva negra). utilizado para la extrapolación a la interfaz. (B) Las concentraciones relativas de metano experimentales (cruces azules) y modeladas (puntos naranjas, segunda ley de Fick) se trazan frente a la coordenada de profundidad fija B (\(\xi\)) junto con la \(\xi /z\) relación (curva verde). La interfaz de fase se indica mediante líneas discontinuas verticales, ambas cifras son para p-xileno perdeuterado superenfriado (p-C8D10) a 7,0 ± 0,2 °C expuesto inicialmente a metano a 100,4 ± 0,2 bar, se indican las coordenadas del radio y el tiempo de presurización.

La difusión de metano en el cuerpo líquido axialmente simétrico (Fig. 1) se modeló utilizando la segunda ley de Fick en coordenadas cilíndricas fijas B en la forma60

donde D es la difusividad en el marco de referencia fijo B y \(\xi\) varía desde cero hasta el nivel inicial del líquido en un radio dado. La concentración en la interfaz de fase (Fig. 2B) y su forma (Fig. 1) se utilizaron para la construcción de la condición de frontera de Dirichlet; Las paredes impermeables de la celda estaban representadas por las condiciones de contorno de Neumann. Hemos resuelto la Ec. (4) utilizando un esquema de diferenciación explícito58, y calcularon el valor óptimo y la incertidumbre debido a errores aleatorios (ur, factor de cobertura 2) de difusividad (D) utilizando los métodos de Gauss-Newton y Bonferroni57,58. La segunda ley de Fick, Ec. (4), proporcionó una buena aproximación de los datos experimentales (Fig. 3B).

La tensión superficial de las soluciones binarias de metano con p-xileno perdeuterado (p-C8D10) y o-xileno (o-C8D10) mostró una leve dependencia de la temperatura y una fuerte dependencia de la presión (de metano) que siguió una tendencia maestra independientemente de la sobreenfriamiento y del isómero de xileno real (Fig. 4, Tabla S3 en SI). La tensión superficial medida para los xilenos perdeuterados estudiados saturados con metano a 1,0 bar siguió las correlaciones de la base de datos para los xilenos puros a base de protio12. Curiosamente, dentro de la incertidumbre experimental no se detectó ninguna influencia de la difusión continua de metano a través de la interfaz de fase (Fig. 5A) sobre la tensión superficial. Por lo tanto, ni el sobreenfriamiento del líquido ni la propia forma isomérica del xileno (o- y p-) influyeron de manera mensurable en la adsorción de metano en la interfaz de fases, que parece insensible al gradiente de concentración en el líquido. Por lo tanto, la medición de la tensión interfacial entre líquido y gas (o fluido supercrítico) aparentemente no requiere alcanzar el equilibrio de fases.

(A) Tensión superficial de p-xileno (p-C8D10) y o-xileno (o-C8D10) representada frente a la presión de metano y (B) frente a la temperatura para una presión fija (atmosférica). La incertidumbre típica de la tensión superficial debido a errores aleatorios (ur, factor de cobertura 2) es 1–2 mN⋅m−1; Los datos experimentales se encuentran en la Tabla S3 en SI. Las curvas representan guías para el ojo (A) y correlaciones para xilenos basados ​​en protio tomadas de la base de datos12; la parte azul de la curva es la extrapolación del líquido sobreenfriado a 1,0 bar (B).

(A) Tensión superficial en función del tiempo tras la exposición a metano presurizado, las barras de error muestran incertidumbre debido a errores aleatorios calculados utilizando el método Bonferroni57, la línea muestra el promedio. (B) Constante de la ley de Henry, ver ecuación. (5), del metano en los xilenos deuterados estudiados se muestra junto con la dependencia de la temperatura de la constante de Henry para todos los datos (este trabajo) para el p-xileno perdeuterado con una entalpía de disolución de − 4,5 kJ⋅mol−1 y el dato calculado basado en la literatura14 usando la ecuación. (5); sc abrevia superenfriado.

La solubilidad del metano en la fase xileno en la interfaz se expresó mediante la ley de Henry.

en la que H es la constante de la ley de Henry; ver 61 para más discusión. La constante de Henry para metano y p-xileno mostró leves dependencias de la presión y la temperatura, no se observó influencia del sobreenfriamiento del líquido dentro de la incertidumbre experimental (Fig. 5B, Tabla S4 en SI, rel. uc(\(H\)) ≈ 15%). Nuestros datos diferían en aproximadamente un 4% del único dato bibliográfico disponible14 para la constante de Henry del metano en su solución con p-xileno (p-C8H10) en condiciones relevantes. Al observar los datos de la literatura sobre soluciones acuosas superenfriadas de compuestos volátiles10, se puede esperar que se observe una constante de Henry más alta para más soluciones superenfriadas de metano y p-xileno (p-C8H10).

La constante de Henry del metano en o-xileno (o-C8D10) era aproximadamente 59 bar mayor que la del p-xileno (p-C8D10). En la literatura62 se informó una dependencia similar de la constante de Henry de la isomería del xileno para varios gases de hidrocarburos disueltos en o-xileno (o-C8H10) y en p-xileno (p-C8H10).

Tanto la difusividad como el volumen molar parcial del metano mostraron desviaciones positivas de las tendencias maestras debido al sobreenfriamiento del p-xileno, mientras que no se encontraron tales desviaciones en experimentos de control con o-xileno que se sobreenfría a temperaturas mucho más bajas (Fig. 6, Tabla S4 en SI). Las mayores desviaciones de ambas cantidades se observaron a la presión y temperatura más bajas exploradas (promedio 44,8 bar, 7,0 °C). Esto sugiere que i) el sobreenfriamiento del p-xileno líquido presumiblemente conduce a la heterogeneidad a nivel molecular que facilita la difusión del metano y reduce el volumen libre accesible a las moléculas de metano, ii) el metano disuelto altera esta heterogeneidad.

(A) Difusividad y (B) volumen molar parcial de metano para sus soluciones binarias con p-xileno perdeuterado (p-C8D10) y o-xileno (o-C8D10). Las incertidumbres típicas de la difusividad y el volumen molar parcial debido al error aleatorio (ur, factor de cobertura 2) son 0,3·10–9 m2 s−1 y 7 cm3 mol−1, respectivamente. Las curvas en (A) representan el modelo de Wilke-Chang61,63 con parámetros de la base de datos12 (la viscosidad se extrapoló por temperatura en el caso del p-xileno sobreenfriado a 1,0 bar) y con los factores de asociación ajustados a 1,5. La línea verde en (B) muestra la media de todos los sistemas no sobreenfriados (este trabajo), se muestran los datos de la literatura para el volumen molar parcial de metano en n-hexano en dilución infinita64. Los datos experimentales se enumeran en la Tabla S4 en SI, sc abrevia superenfriado.

El sobreenfriamiento de mezclas líquidas de p-xileno (p-C8D10) y metano (CH4) condujo a un peculiar aumento del volumen molar parcial del metano y de la difusividad bajo presiones relevantes para la congelación de p-xileno en la producción de gas natural licuado. (7,0–30,0 °C, 1,0–101,1 bar). Por lo tanto, el metano se difundió más fácilmente en las soluciones sobreenfriadas, que también mostraron un mayor hinchamiento que las normales. Se estudiaron como referencia los sistemas que involucran o-xileno (o-C8D10) y que no muestran sobreenfriamiento. La tensión superficial estuvo influenciada por la temperatura y la presión y no fue sensible ni al sobreenfriamiento del líquido ni a la isomería del xileno (orto, para), no se discernió ningún impacto del sobreenfriamiento sobre la solubilidad del metano. Nuestro método de obtención de imágenes de neutrones, inherentemente no táctil, permitió observar los cuerpos líquidos sobreenfriados y obtener información sobre su composición y forma con una alta resolución espacial (tamaño de píxel de 20,3 μm). El suministro de datos experimentales en condiciones inherentemente relevantes para las aplicaciones puede resultar fructífero para la comunidad que estudia líquidos sobreenfriados a nivel molecular.

Los experimentos de imágenes de neutrones se llevaron a cabo en la línea de luz NEUTRA65 en el Instituto Paul Scherrer en la posición de medición No. 2 (L/D = 365) mediante un sistema detector de caja MIDI utilizando una pantalla centelleadora de Gd2O2S:Tb de 30 µm de espesor y una cámara sCMOS ( Andor Neo) equipado con un objetivo de 100 mm (Zeiss Makro-Planar). Esta disposición experimental produjo una imagen de 2560 (W) × 2160 (H) píxeles de tamaño con un tamaño de píxel isotrópico de 20,3 µm. La distancia media de la muestra al detector ha sido igual a 23 mm. Por lo tanto, se estima que la resolución espacial de las imágenes resultantes es mejor que 80 µm (basándose en la resolución intrínseca del detector y la falta de nitidez geométrica del haz). El esquema de adquisición de las radiografías de neutrones consistió en varias (generalmente siete) series de 50 imágenes cada una de el tiempo de adquisición de 10 s para cada sistema investigado. Los datos brutos estuvieron sujetos a las correcciones del haz abierto y del cuerpo negro66,67. Para la evaluación de los datos de las dos primeras series respectivas, se proporcionaron diez puntos de datos como un promedio de 10 imágenes que tenían la marca de tiempo respectiva del tiempo promedio de las 10 imágenes respectivas; para la última serie, las 50 imágenes completas se promediaron en un único punto de datos que tenía la marca de tiempo del promedio de las 50 imágenes.

La configuración experimental se describió en nuestro estudio anterior44 y consistió en un par de celdas de medición de titanio axialmente simétricas equivalentes, de las cuales se usó una para este estudio, se colocaron en un bloque de duraluminio mantenido a una temperatura constante dentro de ± 0,2 °C usando un Julabo F12. -Circulador de agua MA, la temperatura se midió usando un termómetro de resistencia de platino (Greissinger GMH 3710), la configuración se colocó en una caja de duraluminio purgada con nitrógeno para evitar la condensación de humedad en las partes exteriores de la configuración de medición. Las células se enjuagaron con acetona, se aspiraron (<0,01 Pa, Leybold D4B) y se lavaron dos veces con la muestra líquida nueva antes del llenado. Una celda contenía p-xileno (p-C8D10), la otra o-xileno (o-C8D10) o un sistema heterogéneo formado por agua (la fase inferior) y p-xileno (p-C8D10); Los datos de este último sistema se publicarán en otro lugar. Se usaron productos químicos y gases tal como se obtuvieron y se enumeran en la Tabla 1. Luego se purgó el interior del aparato y los líquidos se burbujearon por separado primero con nitrógeno y segundo con metano a presión atmosférica. Los experimentos incluyeron el cambio brusco de la presión del metano de la atmosférica a un valor fijo, que se mantuvo constante usando un reductor de presión RSD 1 (Siad) dentro de 0,2 bar y se detectó usando un PXM409-175BAV (Omega) con una unidad de control DP41-B ( Omega). Los experimentos finalizaron burbujeando el líquido con metano a presión atmosférica, lo que se hizo a 15,0 °C en el caso de experimentos por debajo del punto de fusión normal del p-xileno.

El cambio brusco de la presión del metano en la celda provoca inherentemente un cambio en la temperatura de fusión del p-xileno líquido inicialmente puro (p-C8D10), que luego cambia a medida que el metano se difunde en el líquido. Por lo tanto, el grado de sobreenfriamiento cambia a medida que el metano se difunde a través del líquido (Fig. 1 y Tabla S3 en SI). La temperatura de fusión del p-xileno perdeuterado (p-C8D10) y del p-xileno (p-C8H10) se midió sumergiendo dos ampollas con los compuestos solidificados a presión atmosférica (el resto era aire) en el baño de agua del Julabo F12-MA. circulador de agua, la temperatura se midió con un termómetro de resistencia de platino (Greissinger GMH 3710). La temperatura de fusión normal (a 1,0 bar) del p-xileno perdeuterado (p-C8D10) fue de 14,1 ± 0,2 °C y la del p-xileno (p-C8H10) fue de 13,3 ± 0,2 °C; este último concuerda con el valor de la literatura para p-xileno (p-C8H10), 13,25 °C12. Por lo tanto, se consideró que las temperaturas de fusión del p-xileno perdeuterado (p-C8D10) eran 0,8 °C superiores a las del p-xileno (p-C8H10)14 también en el caso de las soluciones con metano. La dependencia de la presión del punto de fusión del p-xileno puro (p-C8H10) se tomó de la literatura68; consulte la Tabla S3 en SI para obtener más detalles.

Los datos experimentales se enumeran en Información complementaria.

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Descargar referencias

Este trabajo se basa en experimentos realizados en la fuente suiza de neutrones por espalación SINQ, Instituto Paul Scherrer, Villigen, Suiza69. Los experimentos se realizaron dentro de la propuesta de tiempo de haz 20200129 en la línea de luz de imágenes de neutrones térmicos NEUTRA en el Instituto Paul Scherrer. Se agradece el apoyo financiero obtenido del Ministerio de Educación, Juventud y Deportes de la República Checa, beca específica de investigación universitaria A1_FCHI_2020_002.

Departamento de Química Física, Universidad de Química y Tecnología, Praga, Technická 5, 166 28, Praga 6, República Checa

Ondřej Vopička, Tereza-Markéta Durďáková y Petr Číhal

Laboratorio de imágenes y dispersión de neutrones, Paul Scherrer Institut, 5232, Villigen PSI, Suiza

Pierre Boillat y Pavel Trtik

Laboratorio de electroquímica, Paul Scherrer Institut, 5232, Villigen PSI, Suiza

Pierre Boillat

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OV y PT concibieron y diseñaron este estudio, realizaron el experimento junto con TM.D., P.Č., analizaron datos junto con TM.D., P.Č., PB, prepararon herramientas para la adquisición y análisis de datos junto con PB , y escribió el manuscrito. Todos los autores discutieron los resultados y comentaron el manuscrito.

Correspondencia a Ondřej Vopička o Pavel Trtik.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Vopička, O., Durďáková, TM., Číhal, P. et al. La absorción de metano presurizado en p-xileno normal y sobreenfriado se revela mediante imágenes de neutrones de alta resolución. Representante científico 13, 136 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-022-27142-6

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Recibido: 07 de septiembre de 2022

Aceptado: 27 de diciembre de 2022

Publicado: 04 de enero de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-27142-6

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