Теоретическое и экспериментальное исследование синтеза газовых гидратов в присутствии поверхностно- активных веществ и пористых материалов (22-19-00428)

-Разработана теоретическая модель для описания образования гидратов парниковых газов (диоксид углерода или метана) в окружении смеси "вода+ПАВ/наночастиц Ag ( AgO) ", для моделирования нуклеации гидратов, исследования динамики реструктуризации молекул воды, а также верифицирована с экспериментальными исследованиями. - Исследовано влияние наночастиц Ag/AgO на формирование гидратных фаз в присутствии диоксида углерода/метана и SDS. - Теоретический эксперимент проведен методами молекулярной динамики при давлении в диапазоне 1,2 — 5,0 МПа и температуре в диапазоне 265-285 К. - Проанализированы системы, включающие диоксид углерода/метан, наночастицы Ag/AgO и SDS, используя методы молекулярной динамики. - Исследована зависимость величины структурного параметра порядка (F4 и F3) от времени моделирования при термодинамических условиях существования гидратов диоксида углерода/метана. - В присутствии наночастиц Ag/SDS выявлено сокращение времени индукции образования гидрата углекислого газа/метана. - Показано увеличение количества углекислого газа/метана, захваченного в гидратную полость, в присутствии наночастиц Ag/SDS при термодинамических условиях существования гидратов. - Изменения в структурном параметре порядка (F4, F3) отражают динамику процессов в системах, содержащих наночастицы Ag/SDS, метан/диоксид углерода, молекулы воды при термодинамических условиях существования гидратов. - Полученные результаты имеют значение для понимания влияния наночастиц Ag/AgO на процессы нуклеации и диссоциации газовых гидратов в присутствии SDS диоксида углерода/метана, что может быть полезно в технологиях с участием парниковых газов. Экспериментальные условия соответствуют реалистичным параметрам для практического применения. - Была проведена серия экспериментов, состоящая из 6 опытов при варьировании концентраций SDS и Ag. При образовании гидрата происходило повышение температуры в системе. Это связано с выделением тепла в процессе гидратообразования. В опыте с чистой водой (0 % SDS и 0% Ag) интенсивность выделения тепла составляет 16 Дж/ч в момент роста гидрата, при этом скорости процесса гидратообразования 0,4 мг/с. Общая выделившаяся за весь процесс энергия составляет 0,23 кДж. Лучший результат был получен при концентрации SDS 0,3% и Ag 0,0005%. Интенсивность выделения тепла в момент активного образования гидрата составила 1,55 кДж/ч, а значит скорость образования гидрата составляла 3,8 мг/ч. При этом за всё время процесса выделилось порядка 4,8 кДж. -Были проведены исследования конверсии газа относительно начального количества газа в гидратное состояние при различных концентрациях Ag. Несмотря на небольшую концентрацию нанопорошка серебра видно положительное влияние добавки на конверсию воды в гидрат углекислого газа для всех исследуемых случаев несмотря на то, что в опубликованных статьях говорится об отсутствие влияния нанопорошка большей концентрации на процесс гидратообразования. Требуются дополнительные экспериментальные исследования. Наилучший результат был достигнут при концентрации Ag 0,0005% и SDS 0,1%, при котором конверсия коллоидного раствора в воду составила 36,02%. Полученные результаты свидетельствуют о возможности использования простых потенциалов для описания физических свойств водных систем с газами. Влияние наночастиц и поверхностно-активных веществ на гидратообразование также было успешно проанализировано. Полученные результаты в 2023 году опубликованы в таких журналах как Surfaces and Interfaces, JET и E3S Web of Conferences, представлены на VIII Всероссийской научной конференции с элементами школы молодых учёных «Теплофизика и физическая гидродинамика» (1 доклад), 10th International Conference on Gas Hydrates (ICGH10) (3 доклада), 7th International Conference on Nanoscience and Nanotechnology – ICONN 2023 (4 доклада). Получена награда за лучший постерный доклад на конференции ICONN 2023. Полученные результаты могут быть ценными для широкого круга областей, включая промышленные процессы, химическую технологию и экологию, предоставляя новые знания о влиянии добавок на свойства водных растворов газов.