nature.com сайтына киргениңиз үчүн рахмат. Сиз колдонуп жаткан браузердин версиясында CSS колдоосу чектелүү. Эң жакшы тажрыйба алуу үчүн, браузердин акыркы версиясын колдонууну (же Internet Explorerде шайкештик режимин өчүрүүнү) сунуштайбыз. Мындан тышкары, үзгүлтүксүз колдоону камсыз кылуу үчүн бул сайтта стилдер же JavaScript камтылбайт.
Кластикалык коллекторлордогу сланецтин кеңейиши олуттуу көйгөйлөрдү жаратып, скважинанын туруксуздугуна алып келет. Экологиялык себептерден улам, мунай негизиндеги бургулоо суюктугуна караганда сланец ингибиторлору кошулган суу негизиндеги бургулоо суюктугун колдонуу артыкчылыктуу. Иондук суюктуктар (ИС) жөнгө салынуучу касиеттери жана күчтүү электростатикалык мүнөздөмөлөрүнөн улам сланец ингибиторлору катары көп көңүл бурду. Бирок, бургулоо суюктуктарында кеңири колдонулган имидазолил негизиндеги иондук суюктуктар (ИС) уулуу, биологиялык жактан ажыроочу эмес жана кымбат экени далилденди. Терең эвтектикалык эриткичтер (ТЭЭ) иондук суюктуктарга караганда үнөмдүү жана аз уулуу альтернатива деп эсептелет, бирок алар дагы эле талап кылынган экологиялык туруктуулукка жооп бербейт. Бул тармактагы акыркы жетишкендиктер чыныгы экологиялык тазалыгы менен белгилүү болгон табигый терең эвтектикалык эриткичтердин (НАЭЭ) киргизилишине алып келди. Бул изилдөөдө бургулоо суюктугунун кошулмалары катары лимон кислотасын (суутек байланышынын акцептору катары) жана глицеринди (суутек байланышынын донору катары) камтыган НАДЭЭСтер изилденген. NADES негизиндеги бургулоо суюктуктары API 13B-1 стандартына ылайык иштелип чыккан жана алардын иштеши калий хлоридине негизделген бургулоо суюктуктары, имидазолий негизиндеги иондук суюктуктар жана холин хлориди:мочевина-DES негизиндеги бургулоо суюктуктары менен салыштырылган. Менчик NADESтердин физикалык-химиялык касиеттери кеңири баяндалган. Изилдөө учурунда бургулоо суюктугунун реологиялык касиеттери, суюктуктун жоголушу жана сланецтин ингибирлөө касиеттери бааланган жана 3% NADES концентрациясында түшүмдүүлүк стресси/пластикалык илешкектик катышы (YP/PV) жогорулаганы, ылай тортунун калыңдыгы 26% га, ал эми фильтраттын көлөмү 30,1% га азайганы көрсөтүлгөн. Белгилей кетчү нерсе, NADES 49,14% таасирдүү кеңейүүнү ингибирлөө ылдамдыгына жетишип, сланец өндүрүшүн 86,36% га көбөйткөн. Бул жыйынтыктар NADESтин чополордун беттик активдүүлүгүн, дзета потенциалын жана катмар аралык аралыгын өзгөртүү жөндөмүнө байланыштуу, алар ушул макалада негизги механизмдерди түшүнүү үчүн талкууланат. Бул туруктуу бургулоо суюктугу салттуу сланец коррозиясынын ингибиторлоруна уулуу эмес, үнөмдүү жана жогорку эффективдүү альтернатива менен камсыз кылуу менен бургулоо тармагында төңкөрүш жасап, экологиялык жактан таза бургулоо практикасына жол ачат деп күтүлүүдө.
Сланец – бул углеводороддордун булагы жана резервуары катары кызмат кылган ар тараптуу тек, жана анын тешиктүү түзүлүшү1 бул баалуу ресурстарды өндүрүү жана сактоо үчүн мүмкүнчүлүктөрдү берет. Бирок, сланец монтмориллонит, смектит, каолинит жана иллит сыяктуу чопо минералдарына бай, алар сууга дуушар болгондо шишип кетүүгө жакын болуп, бургулоо операциялары учурунда кудуктун туруксуздугуна алып келет2,3. Бул маселелер өндүрүмсүз убакытка (ӨУК) жана түтүктөрдүн тыгылып калышы, ылайдын айланышынын жоголушу, кудуктун урап түшүшү жана биттин булганышы сыяктуу бир катар операциялык көйгөйлөргө алып келиши мүмкүн, бул калыбына келтирүү убактысын жана баасын жогорулатат. Салт боюнча, мунай негизиндеги бургулоо суюктуктары (OBDF) сланецтин кеңейишине туруштук берүү жөндөмүнөн улам сланец формациялары үчүн артыкчылыктуу тандоо болуп келген4. Бирок, мунай негизиндеги бургулоо суюктуктарын колдонуу жогорку чыгымдарды жана экологиялык тобокелдиктерди алып келет. Синтетикалык негизиндеги бургулоо суюктуктары (SBDF) альтернатива катары каралып келген, бирок алардын жогорку температурада жарактуулугу канааттандырарлык эмес. Суу негизиндеги бургулоо суюктуктары (СБДФ) жагымдуу чечим болуп саналат, анткени алар OBDF5ке караганда коопсуз, экологиялык жактан таза жана үнөмдүү. WBDFтин сланецти ингибирлөө жөндөмүн жогорулатуу үчүн ар кандай сланец ингибиторлору, анын ичинде калий хлориди, акиташ, силикат жана полимер сыяктуу салттуу ингибиторлор колдонулган. Бирок, бул ингибиторлордун натыйжалуулугу жана айлана-чөйрөгө тийгизген таасири жагынан чектөөлөрү бар, айрыкча калий хлоридинин ингибиторлорундагы K+ концентрациясынын жогору болушу жана силикаттардын рН сезгичтигинен улам. 6 Изилдөөчүлөр бургулоо суюктугунун реологиясын жакшыртуу жана сланецтин шишип кетишинин жана гидраттын пайда болушунун алдын алуу үчүн иондук суюктуктарды бургулоо суюктугунун кошулмалары катары колдонуу мүмкүнчүлүгүн изилдешкен. Бирок, бул иондук суюктуктар, айрыкча имидазолил катиондорун камтыгандар, жалпысынан уулуу, кымбат, биологиялык жактан ажыроочу эмес жана татаал даярдоо процесстерин талап кылат. Бул көйгөйлөрдү чечүү үчүн адамдар үнөмдүү жана экологиялык жактан таза альтернативаны издей башташты, бул терең эвтектикалык эриткичтердин (DES) пайда болушуна алып келди. DES - бул белгилүү бир молярдык катышта жана температурада суутек байланышынын донору (HBD) жана суутек байланышынын акцептору (HBA) тарабынан түзүлгөн эвтектикалык аралашма. Бул эвтектикалык аралашмалардын эрүү температурасы алардын жеке компоненттерине караганда төмөн, негизинен суутек байланыштарынан улам пайда болгон заряддын делокализациясына байланыштуу. DESтин эрүү температурасын төмөндөтүүдө торчо энергиясы, энтропиянын өзгөрүшү жана аниондор менен HBDнин өз ара аракеттенүүсү сыяктуу көптөгөн факторлор негизги ролду ойнойт.
Мурунку изилдөөлөрдө сланецтин кеңейүү көйгөйүн чечүү үчүн суу негизиндеги бургулоо суюктугуна ар кандай кошулмалар кошулган. Мисалы, Офей жана башкалар 1-бутил-3-метилимидазолий хлоридин (BMIM-Cl) кошушкан, бул ылай тортунун калыңдыгын (50% га чейин) бир кыйла азайтып, ар кандай температурада YP/PV маанисин 11ге төмөндөткөн. Хуан жана башкалар иондук суюктуктарды (атап айтканда, 1-гексил-3-метилимидазолий бромид жана 1,2-бис(3-гексилимидазол-1-ил)этан бромид) Na-Bt бөлүкчөлөрү менен айкалыштырып колдонушкан жана сланецтин шишишин тиешелүүлүгүнө жараша 86,43% жана 94,17% га бир кыйла азайтышкан12. Мындан тышкары, Ян жана башкалар сланецтин шишишин тиешелүүлүгүнө жараша 16,91% жана 5,81% га азайтуу үчүн 1-винил-3-додецилимидазолий бромид жана 1-винил-3-тетрадецилимидазолий бромид колдонушкан. 13 Ян жана башкалар. ошондой эле 1-винил-3-этилимидазолий бромидди колдонуп, сланецтин кеңейишин 31,62% га азайтып, сланецтин калыбына келүүсүн 40,60% деңгээлинде сакташкан.14 Мындан тышкары, Луо жана башкалар сланецтин шишип кетишин 80% га азайтуу үчүн 1-октил-3-метилимидазолий тетрафторборатын колдонушкан.15,16 Дай жана башкалар сланецтин шишип кетишин ингибирлөө үчүн иондук суюк сополимерлерди колдонуп, амин ингибиторлоруна салыштырмалуу сызыктуу калыбына келүүнү 18% га жогорулатышкан.17
Иондук суюктуктардын өздөрүнүн кемчиликтери бар, бул окумуштууларды иондук суюктуктарга экологиялык жактан таза альтернативаларды издөөгө түрткү болду жана ошентип DES пайда болду. Ханцзя винилхлорид пропион кислотасынан (1:1), винилхлорид 3-фенилпропион кислотасынан (1:2) жана 3-меркаптопропион кислотасы + итакон кислотасы + винилхлоридден (1:1:2) турган терең эвтектикалык эриткичтерди (DES) биринчи болуп колдонгон, алар бентониттин шишишин тиешелүүлүгүнө жараша 68%, 58% жана 58% га басаңдаткан18. Эркин экспериментте М.Х.Расул глицерин менен калий карбонатынын (DES) 2:1 катышын колдонуп, сланец үлгүлөрүнүн шишишин 87% га бир кыйла азайткан19,20. Ма сланецтин кеңейишин 67% га бир кыйла азайтуу үчүн мочевина:винилхлоридди колдонгон.21 Расул жана башкалар. DES менен полимердин айкалышы кош таасирдүү сланец ингибитору катары колдонулган, бул сланецтин ингибирлөө эффектине эң сонун жетишкен22.
Терең эвтектикалык эриткичтер (ТЭЭ), адатта, иондук суюктуктарга экологиялык жактан таза альтернатива катары каралса да, алардын курамында аммоний туздары сыяктуу уулуу компоненттер да бар, бул алардын экологиялык жактан тазалыгына шек келтирет. Бул көйгөй табигый терең эвтектикалык эриткичтердин (ТЭЭ) иштелип чыгышына алып келди. Алар дагы эле ТЭЭ катары классификацияланат, бирок калий хлориди (KCl), кальций хлориди (CaCl2), Эпсом туздары (MgSO4.7H2O) жана башкалар сыяктуу табигый заттардан жана туздардан турат. ТЭЭ жана ТЭЭнин көптөгөн потенциалдуу айкалыштары бул жаатта изилдөө үчүн кеңири мүмкүнчүлүктөрдү ачат жана ар кандай тармактарда колдонулушу күтүлүүдө. Бир нече изилдөөчүлөр ар кандай колдонмолордо натыйжалуу экени далилденген жаңы ТЭЭ айкалыштарын ийгиликтүү иштеп чыгышты. Мисалы, Насер жана башкалар 2013-жылы калий карбонатына негизделген ТЭЭ синтездеп, анын термофизикалык касиеттерин изилдешкен, алар кийинчерээк гидрат ингибирлөө, бургулоо суюктугунун кошулмалары, делигнификация жана нанофибрилляция тармактарында колдонулушун табышкан. 23 Жорди Ким жана анын кесиптештери аскорбин кислотасына негизделген NADESти иштеп чыгып, анын антиоксиданттык касиеттерин ар кандай колдонмолордо баалашты. 24 Кристер жана башкалар лимон кислотасына негизделген NADESти иштеп чыгып, анын коллаген продуктулары үчүн кошумча зат катары потенциалын аныкташты. 25 Лю Йи жана анын кесиптештери NADESти экстракция жана хроматография каражаты катары колдонууну комплекстүү серепте жыйынтыкташты, ал эми Мисан жана башкалар NADESти айыл чарба азык-түлүк тармагында ийгиликтүү колдонууну талкуулашты. Бургулоо суюктугун изилдөөчүлөр өз колдонмолорунда NADESтин натыйжалуулугуна көңүл бура башташы өтө маанилүү. жакында. 2023-жылы Расул жана башкалар аскорбин кислотасына26, кальций хлоридине27, калий хлоридине28 жана Эпсом тузуна29 негизделген табигый терең эвтектикалык эриткичтердин ар кандай айкалыштарын колдонуп, сланецти ингибирлөөгө жана сланецти калыбына келтирүүгө жетишишти. Бул изилдөө суу негизиндеги бургулоо суюктуктарында экологиялык жактан таза жана натыйжалуу сланец ингибитору катары NADESти (айрыкча лимон кислотасы жана глицерин негизиндеги формуланы) киргизген алгачкы изилдөөлөрдөн болуп саналат, ал KCl, имидазолил негизиндеги иондук суюктуктар жана салттуу DES сыяктуу салттуу ингибиторлорго салыштырмалуу экологиялык жактан мыкты туруктуулукка, сланец ингибирлөө жөндөмүнүн жакшырышына жана суюктуктун жакшыртылган иштешине ээ.
Изилдөө лимон кислотасына (CA) негизделген NADESти өз алдынча даярдоону, андан кийин деталдуу физикалык-химиялык мүнөздөмөсүн жана бургулоо суюктугунун касиеттерин жана анын шишип кетүүсүн токтотуу жөндөмүн баалоо үчүн бургулоо суюктугунун кошулмасы катары колдонууну камтыйт. Бул изилдөөдө CA суутек байланышынын акцептору катары иштейт, ал эми глицерин (Gly) сланецти ингибирлөө изилдөөлөрүндө NADESтин пайда болушу/тандалышы үчүн MH скрининг критерийлеринин негизинде тандалган суутек байланышынын донору катары иштейт30. Фурье трансформациясынын инфракызыл спектроскопиясы (FTIR), рентген дифракциясы (XRD) жана зета потенциалы (ZP) өлчөөлөрү NADES-чопо өз ара аракеттенүүсүн жана чопонун шишип кетүүсүн токтотуунун негизги механизмин аныктайт. Мындан тышкары, бул изилдөөдө CA NADES негизиндеги бургулоо суюктугу 1-этил-3-метилимидазолий хлоридине [EMIM]Cl7,12,14,17,31, KCl жана холин хлориди:мочевинага (1:2) негизделген DES32 менен салыштырылып, алардын сланецти ингибирлөөдөгү жана бургулоо суюктугунун иштешин жакшыртуудагы эффективдүүлүгүн изилдөө каралат.
Лимон кислотасы (моногидрат), глицерин (99 USP) жана мочевина Малайзиянын Куала-Лумпур шаарындагы EvaChem компаниясынан сатылып алынган. Холин хлориди (>98%), [EMIM]Cl 98% жана калий хлориди Малайзиянын Sigma Aldrich компаниясынан сатылып алынган. Бардык химиялык заттардын химиялык түзүлүштөрү 1-сүрөттө көрсөтүлгөн. Жашыл диаграммада бул изилдөөдө колдонулган негизги химиялык заттар салыштырылат: имидазолил иондук суюктук, холин хлориди (DES), лимон кислотасы, глицерин, калий хлориди жана NADES (лимон кислотасы жана глицерин). Бул изилдөөдө колдонулган химиялык заттардын экологиялык тазалык таблицасы 1-таблицада көрсөтүлгөн. Таблицада ар бир химиялык зат уулуулугуна, биологиялык ажыроочулугуна, баасына жана экологиялык туруктуулугуна жараша бааланат.
Бул изилдөөдө колдонулган материалдардын химиялык түзүлүштөрү: (а) лимон кислотасы, (б) [EMIM]Cl, (в) холин хлориди жана (г) глицерин.
CA (табигый терең эвтектикалык эриткич) негизиндеги NADESти иштеп чыгуу үчүн суутек байланышынын донору (HBD) жана суутек байланышынын акцептору (HBA) талапкерлери MH 30 тандоо критерийлерине ылайык кылдаттык менен тандалып алынган, алар NADESти натыйжалуу сланец ингибиторлору катары иштеп чыгууга арналган. Бул критерийге ылайык, көп сандаган суутек байланышынын донорлору жана акцепторлору, ошондой эле полярдык функционалдык топтору бар компоненттер NADESти иштеп чыгуу үчүн ылайыктуу деп эсептелет.
Мындан тышкары, бул изилдөөдө салыштыруу үчүн иондук суюктук [EMIM]Cl жана холин хлориди:мочевина терең эвтектикалык эриткич (DES) тандалып алынган, анткени алар бургулоо суюктугунун кошулмалары катары кеңири колдонулат33,34,35,36. Мындан тышкары, калий хлориди (KCl) салыштырылган, анткени ал кеңири таралган ингибитор болуп саналат.
Эвтектикалык аралашмаларды алуу үчүн лимон кислотасы жана глицерин ар кандай молярдык катыштарда аралаштырылган. Визуалдык текшерүү эвтектикалык аралашманын бир тектүү, тунук суюктук экенин көрсөттү, бул суутек байланышынын донору (HBD) жана суутек байланышынын акцептору (HBA) бул эвтектикалык курамда ийгиликтүү аралаштырылганын көрсөтүп турат. HBD жана HBA аралаштыруу процессинин температурага көз каранды жүрүм-турумун байкоо үчүн алдын ала эксперименттер жүргүзүлдү. Колдо болгон адабияттарга ылайык, эвтектикалык аралашмалардын үлүшү 50 °C, 70 °C жана 100 °C жогору үч белгилүү температурада бааланган, бул эвтектикалык температура адатта 50–80 °C диапазонунда экенин көрсөтүп турат. HBD жана HBA компоненттерин так таразалоо үчүн Меттлер санариптик таразасы колдонулган, ал эми HBD жана HBAны көзөмөлдөнгөн шарттарда 100 айн/мин ылдамдыкта ысытуу жана аралаштыруу үчүн Thermo Fisher ысык плитасы колдонулган.
Биздин синтезделген терең эвтектикалык эриткичтин (DES) термофизикалык касиеттери, анын ичинде тыгыздыгы, беттик тартылуусу, сынуу көрсөткүчү жана илешкектүүлүгү 289,15тен 333,15 Кге чейинки температура диапазонунда так өлчөнгөн. Белгилей кетүүчү нерсе, бул температура диапазону, негизинен, учурдагы жабдуулардын чектөөлөрүнөн улам тандалып алынган. Комплекстүү талдоо бул NADES формуласынын ар кандай термофизикалык касиеттерин терең изилдөөнү камтыды, алардын температура диапазонундагы жүрүм-турумун аныктады. Бул конкреттүү температура диапазонуна көңүл буруу бир катар колдонмолор үчүн өзгөчө маанилүү болгон NADES касиеттерин түшүнүүгө мүмкүндүк берет.
Даярдалган NADESтин беттик тартылуусу 289,15тен 333,15 Кге чейинки диапазондо беттик тартылуу өлчөгүч (IFT700) аркылуу өлчөнгөн. NADES тамчылары белгилүү бир температура жана басым шарттарында капиллярдык ийне аркылуу көп көлөмдөгү суюктук менен толтурулган камерада пайда болот. Заманбап сүрөткө тартуу системалары Лаплас теңдемесин колдонуп беттик тартылууну эсептөө үчүн тиешелүү геометриялык параметрлерди киргизет.
Жаңы даярдалган NADESтин сынуу көрсөткүчүн 289,15тен 333,15 Кге чейинки температура диапазонунда аныктоо үчүн ATAGO рефрактометри колдонулган. Аспап жарыктын сынуу даражасын баалоо үчүн температураны жөнгө салуу үчүн термикалык модулду колдонот, бул туруктуу температурадагы суу мончосунун зарылдыгын жокко чыгарат. Рефрактометрдин призмалык бетин тазалап, үлгү эритмесин анын үстүнө бирдей бөлүштүрүү керек. Белгилүү стандарттуу эритме менен калибрлеп, андан кийин экрандан сынуу көрсөткүчүн окуйт.
Даярдалган NADESтин илешкектүүлүгү 289,15тен 333,15 Кге чейинки температура диапазонунда Брукфилд айланма вискозиметри (криогендик типтеги) колдонулуп, 30 айн/мин кесүү ылдамдыгында жана шпиндельдин өлчөмү 6 болгондо өлчөнгөн. Вискозиметр илешкектикти суюк үлгүдө шпиндельди туруктуу ылдамдыкта айландыруу үчүн талап кылынган моментти аныктоо менен өлчөйт. Үлгү шпиндельдин астындагы экранга коюлуп, бекемделгенден кийин, вискозиметр илешкектикти сантипуаз (cP) менен көрсөтөт, бул суюктуктун реологиялык касиеттери жөнүндө баалуу маалымат берет.
Жаңы даярдалган табигый терең эвтектикалык эриткичтин (NDEES) тыгыздыгын 289,15–333,15 К температура диапазонунда аныктоо үчүн көчмө тыгыздык өлчөгүч DMA 35 Basic колдонулган. Түзмөктө орнотулган жылыткыч жок болгондуктан, NADES тыгыздык өлчөгүчтү колдонуудан мурун аны көрсөтүлгөн температурага (± 2 °C) чейин ысытуу керек. Түтүк аркылуу кеминде 2 мл үлгүнү сордуруңуз, ошондо тыгыздык дароо экранда көрсөтүлөт. Орнотулган жылыткычтын жоктугунан улам өлчөө жыйынтыктарында ± 2 °C ката бар экенин белгилей кетүү керек.
Жаңы даярдалган NADESтин рН деңгээлин 289,15–333,15 К температура диапазонунда баалоо үчүн биз Kenis стол үстүндөгү рН өлчөгүчүн колдондук. Орнотулган жылытуучу түзүлүш жок болгондуктан, NADES алгач ысытуучу плитаны колдонуп каалаган температурага (±2 °C) чейин ысытылып, андан кийин рН өлчөгүч менен түздөн-түз өлчөнгөн. рН өлчөгүч зондун NADESке толугу менен малып, көрсөткүч турукташкандан кийин акыркы маанини жазып алыңыз.
Табигый терең эвтектикалык эриткичтердин (NADES) жылуулук туруктуулугун баалоо үчүн термогравиметриялык анализ (TGA) колдонулган. Үлгүлөр ысытуу учурунда талданган. Жогорку тактыктагы балансты колдонуу жана ысытуу процессин кылдат көзөмөлдөө менен массанын жоголушуна карата температуранын графиги түзүлгөн. NADES 0дон 500 °Cге чейин мүнөтүнө 1 °C ылдамдыкта ысытылган.
Процессти баштоо үчүн, NADES үлгүсү жакшылап аралаштырылып, гомогендештирилип, бетиндеги нымдуулук алынып салынышы керек. Андан кийин даярдалган үлгү TGA кюветине салынат, ал адатта алюминий сыяктуу инерттүү материалдан жасалат. Так натыйжаларды камсыз кылуу үчүн, TGA аспаптары эталондук материалдарды, адатта салмак стандарттарын колдонуу менен калибрленет. Калибрленгенден кийин, TGA эксперименти башталат жана үлгү көзөмөлдөнгөн түрдө, адатта туруктуу ылдамдыкта ысытылат. Үлгү салмагы менен температуранын ортосундагы байланышты үзгүлтүксүз көзөмөлдөө эксперименттин негизги бөлүгү болуп саналат. TGA аспаптары температура, салмак жана газ агымы же үлгү температурасы сыяктуу башка параметрлер боюнча маалыматтарды чогултат. TGA эксперименти аяктагандан кийин, чогултулган маалыматтар үлгү салмагынын өзгөрүшүн температуранын функциясы катары аныктоо үчүн талданат. Бул маалымат үлгүдөгү физикалык жана химиялык өзгөрүүлөр менен байланышкан температура диапазондорун, анын ичинде эрүү, буулануу, кычкылдануу же ажыроо сыяктуу процесстерди аныктоодо баалуу.
Суу негизиндеги бургулоо суюктугу API 13B-1 стандартына ылайык кылдаттык менен түзүлгөн жана анын өзгөчө курамы шилтеме үчүн 2-таблицада келтирилген. Лимон кислотасы жана глицерин (99 USP) табигый терең эвтектикалык эриткичти (NADES) даярдоо үчүн Малайзиянын Sigma Aldrich компаниясынан сатылып алынган. Мындан тышкары, кадимки сланец ингибитору калий хлориди (KCl) дагы Малайзиянын Sigma Aldrich компаниясынан сатылып алынган. Мурунку изилдөөлөрдө тастыкталгандай, бургулоо суюктугунун реологиясын жана сланецтин ингибирлөөсүн жакшыртуудагы олуттуу таасиринен улам 98% дан ашык тазалыгы бар 1-этил, 3-метилимидазолий хлориди ([EMIM]Cl) тандалып алынган. NADESтин сланецтин ингибирлөө көрсөткүчтөрүн баалоо үчүн салыштырмалуу анализде KCl жана ([EMIM]Cl) колдонулат.
Көптөгөн изилдөөчүлөр сланецтин шишип кетишин изилдөө үчүн бентонит кабырчыктарын колдонууну артык көрүшөт, анткени бентонитте сланецтин шишип кетишине алып келүүчү ошол эле "монтмориллонит" тобу бар. Чыныгы сланецтин өзөк үлгүлөрүн алуу кыйын, анткени өзөктү алуу процесси сланецти туруксуздаштырат, натыйжада толугу менен сланец эмес, бирок адатта кумдук жана акиташ катмарларынын аралашмасын камтыган үлгүлөр пайда болот. Мындан тышкары, сланец үлгүлөрүндө, адатта, сланецтин шишип кетишине алып келүүчү монтмориллонит топтору жок жана ошондуктан шишип кетүүнүн алдын алуу эксперименттери үчүн жараксыз.
Бул изилдөөдө биз диаметри болжол менен 2,54 см болгон калыбына келтирилген бентонит бөлүкчөлөрүн колдондук. Гранулдар 11,5 грамм натрий бентонит порошогун гидравликалык прессте 1600 psi басым менен басуу менен жасалган. Гранулдардын калыңдыгы сызыктуу дилатометрге (LD) жайгаштыруудан мурун так өлчөнгөн. Андан кийин бөлүкчөлөр бургулоо суюктугунун үлгүлөрүнө, анын ичинде негизги үлгүлөргө жана сланецтин шишип кетишинин алдын алуу үчүн колдонулган ингибиторлор менен сайылган үлгүлөргө чөмүлтүлгөн. Андан кийин гранулдун калыңдыгынын өзгөрүшү LDди колдонуу менен кылдаттык менен көзөмөлдөнүп, өлчөөлөр 24 саат бою 60 секунддук аралык менен жазылып турган.
Рентгендик дифракция көрсөткөндөй, бентониттин курамы, айрыкча анын 47% монтмориллонит компоненти, анын геологиялык мүнөздөмөлөрүн түшүнүүдө негизги фактор болуп саналат. Бентониттин монтмориллонит компоненттеринин арасында монтмориллонит негизги компонент болуп саналат, жалпы компоненттердин 88,6% түзөт. Ошол эле учурда кварц 29%, иллит 7% жана карбонат 9% түзөт. Анын бир аз бөлүгү (болжол менен 3,2%) иллит менен монтмориллониттин аралашмасынан турат. Мындан тышкары, анын курамында Fe2O3 (4,7%), күмүш алюмосиликаты (1,2%), мусковит (4%) жана фосфат (2,3%) сыяктуу микроэлементтер бар. Мындан тышкары, аз өлчөмдө Na2O (1,83%) жана темир силикаты (2,17%) бар, бул бентониттин курамдык элементтерин жана алардын тиешелүү пропорцияларын толук баалоого мүмкүндүк берет.
Бул комплекстүү изилдөө бөлүмүндө табигый терең эвтектикалык эриткичти (NADES) колдонуу менен даярдалган жана ар кандай концентрацияларда (1%, 3% жана 5%) бургулоо суюктугуна кошулма катары колдонулган бургулоо суюктугунун үлгүлөрүнүн реологиялык жана чыпкалоо касиеттери кеңири баяндалат. Андан кийин NADES негизиндеги шлам үлгүлөрү калий хлоридинен (KCl), CC:мочевина DES (холин хлоридинин терең эвтектикалык эриткичи:мочевина) жана иондук суюктуктардан турган шлам үлгүлөрү менен салыштырылып, талданган. Бул изилдөөдө бир катар негизги параметрлер камтылган, анын ичинде 100°C жана 150°C температурада эскирүү шарттарына дуушар болгонго чейин жана андан кийин FANN вискозиметри аркылуу алынган илешкектик көрсөткүчтөрү камтылган. Өлчөөлөр ар кандай айлануу ылдамдыктарында (3 айн/мин, 6 айн/мин, 300 айн/мин жана 600 айн/мин) жүргүзүлүп, бургулоо суюктугунун жүрүм-турумун комплекстүү талдоо жүргүзүүгө мүмкүндүк берген. Андан кийин алынган маалыматтар ар кандай шарттарда суюктуктун иштеши жөнүндө түшүнүк берген аккандык чекити (YP) жана пластикалык илешкектик (PV) сыяктуу негизги касиеттерди аныктоо үчүн колдонулушу мүмкүн. 400 psi жана 150°C (жогорку температурадагы кудуктардагы типтүү температуралар) басымдуу жогорку температура (HPHT) чыпкалоо сыноолору чыпкалоо көрсөткүчтөрүн (торттун калыңдыгы жана фильтраттын көлөмү) аныктайт.
Бул бөлүмдө суу негизиндеги бургулоо суюктуктарыбыздын сланецтин шишип кетүүсүн токтотуучу касиеттерин кылдат баалоо үчүн заманбап жабдуулар, Grace HPHT сызыктуу дилатометри (M4600) колдонулат. LSM - бул эки компоненттен турган заманбап машина: пластиналуу тыгыздагыч жана сызыктуу дилатометр (модель: M4600). Бентонит плиталары Grace Core/Plate Compactor колдонуп анализ үчүн даярдалган. Андан кийин LSM бул плиталар боюнча шишип кетүү жөнүндө дароо маалыматтарды берет, бул сланецтин шишип кетүүсүн токтотуучу касиеттерин ар тараптуу баалоого мүмкүндүк берет. Сланецтин кеңейүү сыноолору айлана-чөйрөнүн шарттарында, башкача айтканда, 25°C жана 1 psia температурада жүргүзүлдү.
Сланецтин туруктуулугун текшерүү көбүнчө сланецти калыбына келтирүү сыноосу, сланецтин чөгүшүнө сыноо же сланецтин дисперсиясына сыноо деп аталган негизги сыноону камтыйт. Бул баалоону баштоо үчүн, сланецтин кесиндилери №6 BSS экранында бөлүнүп, андан кийин №10 экранына коюлат. Андан кийин кесиндилер кармоочу резервуарга берилет, ал жерде алар негизги суюктук жана NADES (табигый терең эвтектикалык эриткич) камтыган бургулоочу эритме менен аралаштырылат. Кийинки кадам - ​​аралашманы ысык прокаттоо үчүн мешке коюу, кесиндилер менен эритменин жакшылап аралаштырылышын камсыз кылуу. 16 сааттан кийин, кесиндилер сланецтин чиришин камсыз кылуу менен пульпадан алынып салынат, натыйжада кесиндилердин салмагы азаят. Сланецтин кесиндилери бургулоочу эритмеде 24 сааттын ичинде 150°C жана 1000 psi. дюймда кармалгандан кийин, сланецти калыбына келтирүү сыноосу жүргүзүлдү.
Сланец баткагынын калыбына келүүсүн өлчөө үчүн, биз аны майда торчодон (40 торчо) чыпкалап, андан кийин суу менен жакшылап жууп, акырында меште кургаттык. Бул татаал процедура бизге калыбына келтирилген баткактын баштапкы салмагына салыштырмалуу баалоону, акырында ийгиликтүү калыбына келтирилген сланец баткагынын пайызын эсептөөнү камсыз кылат. Сланец үлгүлөрүнүн булагы Малайзиянын Саравак шаарындагы Мири районунун Ниах районунан алынган. Дисперсия жана калыбына келүү сыноолорунан мурун, сланец үлгүлөрү чопонун курамын сандык жактан аныктоо жана сыноого жарамдуулугун ырастоо үчүн кылдат рентген дифракциясына (XRD) анализ жүргүзүлдү. Үлгүнүн чопонун минералдык курамы төмөнкүдөй: иллит 18%, каолинит 31%, хлорит 22%, вермикулит 10% жана слюда 19%.
Беттик тартылуу - бул суу катиондорунун сланец микротешикчелерине капиллярдык таасир аркылуу киришин көзөмөлдөөчү негизги фактор, ал ушул бөлүмдө кеңири каралат. Бул макалада бургулоо суюктуктарынын когезиялык касиетиндеги беттик тартылуунун ролу каралат, анын бургулоо процессине, айрыкча сланецтин ингибирленишине тийгизген маанилүү таасирин баса белгилейт. Бургулоо суюктугунун үлгүлөрүнүн беттик тартылуусун так өлчөө үчүн биз беттик тензиометрди (IFT700) колдондук, бул сланецтин ингибирлениши контекстинде суюктуктун жүрүм-турумунун маанилүү аспектисин ачып берди.
Бул бөлүмдө d-катмар аралыгы, башкача айтканда, чоподогу алюмосиликат катмарлары менен бир алюмосиликат катмарынын ортосундагы катмар аралык кеңири талкууланат. Анализде 1%, 3% жана 5% CA NADES камтыган нымдуу баткак үлгүлөрү, ошондой эле салыштыруу үчүн 3% KCl, 3% [EMIM]Cl жана 3% CC:мочевина негизиндеги DES камтылган. Cu-Kα нурлануусу менен 40 мА жана 45 кВ чыңалууда иштеген (λ = 1.54059 Å) заманбап стенддик рентген дифрактометри (D2 Phaser) нымдуу жана кургак Na-Bt үлгүлөрүнүн рентген дифракциясынын чокуларын жазууда маанилүү ролду ойногон. Брэгг теңдемесин колдонуу d-катмар аралыгын так аныктоого мүмкүндүк берет, ошону менен чопонун жүрүм-туруму жөнүндө баалуу маалымат берет.
Бул бөлүмдө дзета потенциалын так өлчөө үчүн өркүндөтүлгөн Malvern Zetasizer Nano ZSP инструменти колдонулат. Бул баалоо салыштырмалуу талдоо үчүн 1%, 3% жана 5% CA NADES, ошондой эле 3% KCl, 3% [EMIM]Cl жана 3% CC:мочевина негизиндеги DES камтыган суюлтулган баткак үлгүлөрүнүн заряд мүнөздөмөлөрү боюнча баалуу маалымат берди. Бул жыйынтыктар коллоиддик кошулмалардын туруктуулугун жана алардын суюктуктардагы өз ара аракеттенүүсүн түшүнүүгө салым кошот.
Чопо үлгүлөрү табигый терең эвтектикалык эриткичке (NADES) дуушар болгонго чейин жана андан кийин энергияны дисперсиялык рентген (EDX) менен жабдылган Zeiss Supra 55 VP талаа эмиссиясын сканерлөөчү электрондук микроскоп (FESEM) аркылуу изилденген. Сүрөткө тартуу чечилиши 500 нм, ал эми электрондук нурдун энергиясы 30 кВ жана 50 кВ болгон. FESEM чопо үлгүлөрүнүн беттик морфологиясын жана структуралык өзгөчөлүктөрүн жогорку чечилиште визуалдаштырууну камсыз кылат. Бул изилдөөнүн максаты таасирге чейин жана андан кийин алынган сүрөттөрдү салыштыруу аркылуу NADESтин чопо үлгүлөрүнө тийгизген таасири жөнүндө маалымат алуу болгон.
Бул изилдөөдө NADESтин чопо үлгүлөрүнө микроскопиялык деңгээлдеги таасирин изилдөө үчүн талаа эмиссиясын сканерлөөчү электрондук микроскопия (FESEM) технологиясы колдонулган. Бул изилдөөнүн максаты - NADESтин потенциалдуу колдонулушун жана анын чопонун морфологиясына жана орточо бөлүкчөлөрүнүн өлчөмүнө тийгизген таасирин аныктоо, бул ушул тармактагы изилдөөлөр үчүн баалуу маалымат берет.
Бул изилдөөдө эксперименталдык шарттарда орточо пайыздык катанын (AMPE) өзгөрмөлүүлүгүн жана белгисиздигин визуалдык түрдө сүрөттөө үчүн ката тилкелери колдонулган. Жеке AMPE маанилерин чийүүнүн ордуна (AMPE маанилерин чийүү тенденцияларды жашырып, кичинекей өзгөрүүлөрдү апыртып көрсөтүшү мүмкүн болгондуктан), биз ката тилкелерин 5% эрежесин колдонуп эсептейбиз. Бул ыкма ар бир ката тилкеси 95% ишеним аралыгы жана AMPE маанилеринин 100% түшүшү күтүлгөн аралыкты чагылдыраарын камсыздайт, ошону менен ар бир эксперименталдык шарт үчүн маалыматтардын бөлүштүрүлүшүнүн так жана кыскача кыскача баяндамасын берет. Ошентип, 5% эрежесине негизделген ката тилкелерин колдонуу графикалык чагылдыруулардын чечмеленишин жана ишенимдүүлүгүн жакшыртат жана натыйжаларды жана алардын кесепеттерин кененирээк түшүнүүгө жардам берет.
Табигый терең эвтектикалык эриткичтерди (NADES) синтездөөдө, ички даярдоо процессинде бир нече негизги параметрлер кылдат изилденген. Бул маанилүү факторлорго температура, молярдык катыш жана аралаштыруу ылдамдыгы кирет. Биздин эксперименттер HBA (лимон кислотасы) жана HBD (глицерин) 50°C температурада 1:4 молярдык катышта аралаштырылганда эвтектикалык аралашма пайда болорун көрсөтүп турат. Эвтектикалык аралашманын айырмалоочу өзгөчөлүгү - анын тунук, бир тектүү көрүнүшү жана чөкмөнүн жоктугу. Ошентип, бул негизги кадам молярдык катыштын, температуранын жана аралаштыруу ылдамдыгынын маанисин баса белгилейт, алардын арасында молярдык катыш DES жана NADES даярдоодо эң таасирдүү фактор болгон, 2-сүрөттө көрсөтүлгөндөй.
Сынуу көрсөткүчү (n) вакуумдагы жарыктын ылдамдыгынын экинчи, тыгызыраак чөйрөдөгү жарыктын ылдамдыгына болгон катышын билдирет. Сынуу көрсөткүчү биосенсорлор сыяктуу оптикалык сезгич колдонмолорду карап жатканда табигый терең эвтектикалык эриткичтер (NADES) үчүн өзгөчө кызыктуу. Изилденген NADESтин 25 °C температурадагы сынуу көрсөткүчү 1,452 түзгөн, бул глицериндикинен кызыктуу түрдө төмөн.
Белгилей кетүүчү нерсе, NADESтин сынуу көрсөткүчү температура менен төмөндөйт жана бул тенденцияны (1) формула жана 3-сүрөт менен так сүрөттөөгө болот, абсолюттук орточо пайыздык ката (AMPE) 0% га жетет. Бул температурага көз каранды жүрүм-турум жогорку температурада илешкектиктин жана тыгыздыктын төмөндөшү менен түшүндүрүлөт, бул жарыктын чөйрө аркылуу жогорку ылдамдыкта өтүшүнө алып келет, натыйжада сынуу көрсөткүчүнүн (n) мааниси төмөндөйт. Бул жыйынтыктар NADESти оптикалык сезүүдө стратегиялык колдонуу боюнча баалуу түшүнүктөрдү берет, алардын биосенсордук колдонмолор үчүн потенциалын баса белгилейт.
Суюк беттин аянтын минималдаштыруу тенденциясын чагылдырган беттик тартылуу табигый терең эвтектикалык эриткичтердин (NADES) капиллярдык басымга негизделген колдонмолор үчүн ылайыктуулугун баалоодо чоң мааниге ээ. 25–60 °C температура диапазонундагы беттик тартылууну изилдөө баалуу маалымат берет. 25 °C температурада лимон кислотасына негизделген NADESтин беттик тартылуусу 55,42 мН/м түзгөн, бул суу менен глицериндикинен бир топ төмөн. 4-сүрөттө температуранын жогорулашы менен беттик тартылуу бир топ төмөндөй турганы көрсөтүлгөн. Бул кубулушту молекулярдык кинетикалык энергиянын жогорулашы жана андан кийин молекулалар аралык тартылуу күчтөрүнүн төмөндөшү менен түшүндүрүүгө болот.
Изилденген NADESте байкалган беттик чыңалуусунун сызыктуу төмөндөө тенденциясын (2) теңдеме менен жакшы чагылдырууга болот, ал 25–60 °C температура диапазонундагы негизги математикалык байланышты көрсөтөт. 4-сүрөттөгү график абсолюттук орточо пайыздык ката (AMPE) 1,4% болгон температура менен беттик чыңалуу тенденциясын даана көрсөтөт, бул билдирилген беттик чыңалуу маанилеринин тактыгын сандык жактан көрсөтөт. Бул жыйынтыктар NADESтин жүрүм-турумун жана анын потенциалдуу колдонулушун түшүнүү үчүн маанилүү мааниге ээ.
Табигый терең эвтектикалык эриткичтердин (NADES) тыгыздык динамикасын түшүнүү аларды көптөгөн илимий изилдөөлөрдө колдонууну жеңилдетүү үчүн абдан маанилүү. Лимон кислотасына негизделген NADESтин 25°C температурадагы тыгыздыгы 1,361 г/см3 түзөт, бул баштапкы глицериндин тыгыздыгынан жогору. Бул айырмачылыкты глицеринге суутек байланышынын акцепторунун (лимон кислотасынын) кошулушу менен түшүндүрсө болот.
Мисал катары цитрат негизиндеги NADESти алсак, анын тыгыздыгы 60°C температурада 1,19 г/см3 чейин төмөндөйт. Ысытууда кинетикалык энергиянын жогорулашы NADES молекулаларынын чачырашына алып келет, бул алардын чоңураак көлөмдү ээлешине алып келет, натыйжада тыгыздыктын төмөндөшүнө алып келет. Байкалган тыгыздыктын төмөндөшү температуранын жогорулашы менен белгилүү бир сызыктуу корреляцияны көрсөтөт, аны (3) формула менен туура чагылдырууга болот. 5-сүрөттө NADES тыгыздыгынын өзгөрүшүнүн бул мүнөздөмөлөрү графикалык түрдө 1,12% абсолюттук орточо пайыздык ката (AMPE) менен көрсөтүлгөн, бул билдирилген тыгыздык маанилеринин тактыгын сандык жактан өлчөө мүмкүнчүлүгүн берет.
Илешкектик – бул кыймылдагы суюктуктун ар кандай катмарларынын ортосундагы тартылуу күчү жана ар кандай колдонмолордо табигый терең эвтектикалык эриткичтердин (NADES) колдонулушун түшүнүүдө маанилүү ролду ойнойт. 25 °C температурада NADESтин илешкектиги 951 cP түзгөн, бул глицериндикинен жогору.
Температуранын жогорулашы менен илешкектиктин байкалып төмөндөшү негизинен молекулалар аралык тартылуу күчтөрүнүн алсырашы менен түшүндүрүлөт. Бул кубулуш суюктуктун илешкектигинин төмөндөшүнө алып келет, бул тенденция 6-сүрөттө ачык көрсөтүлгөн жана (4) теңдеме менен сандык жактан аныкталат. Белгилей кетчү нерсе, 60°C температурада илешкектик 898 cP чейин төмөндөйт, жалпы орточо пайыздык ката (AMPE) 1,4% түзөт. NADESтеги илешкектикке жана температурага көз карандылыкты кеңири түшүнүү аны практикалык колдонуу үчүн абдан маанилүү.
Суутек ионунун концентрациясынын терс логарифми менен аныкталган эритменин рН мааниси, айрыкча ДНК синтези сыяктуу рНга сезгич колдонмолордо абдан маанилүү, андыктан NADESтин рН маанисин колдонуудан мурун кылдаттык менен изилдөө керек. Мисал катары лимон кислотасына негизделген NADESти алсак, глицериндин салыштырмалуу нейтралдуу рН маанисинен кескин айырмаланган 1,91ге барабар кислоталуу рН байкалышы мүмкүн.
Кызыктуусу, табигый лимон кислотасынын дегидрогеназа эрүүчү эриткичинин (NADES) рН мааниси температуранын жогорулашы менен сызыктуу эмес төмөндөө тенденциясын көрсөттү. Бул кубулуш эритмедеги Н+ балансын бузуп, [H]+ иондорунун пайда болушуна жана өз кезегинде рН маанисинин өзгөрүшүнө алып келген молекулярдык термелүүлөрдүн көбөйүшүнө байланыштуу. Лимон кислотасынын табигый рН мааниси 3төн 5ке чейин өзгөрүп турса, глицеринде кислоталуу суутектин болушу рН маанисин 1,91ге чейин төмөндөтөт.
Цитрат негизиндеги NADESтин 25–60 °C температура диапазонундагы рН жүрүм-турумун (5) теңдеме менен тийиштүү түрдө көрсөтүүгө болот, ал байкалган рН тенденциясы үчүн математикалык туюнтманы берет. 7-сүрөттө бул кызыктуу байланыш графикалык түрдө көрсөтүлгөн, анда температуранын NADESтин рН деңгээлине тийгизген таасири баса белгиленген, ал AMPE үчүн 1,4% түзөт деп айтылат.
Табигый лимон кислотасынын терең эвтектикалык эриткичинин (NADES) термогравиметриялык анализи (TGA) бөлмө температурасынан 500 °C чейинки температура диапазонунда системалуу түрдө жүргүзүлдү. 8a жана b сүрөттөрүнөн көрүнүп тургандай, 100 °C чейин баштапкы массанын жоголушу негизинен сиңирилген сууга жана лимон кислотасы жана таза глицерин менен байланышкан гидратация суусунан улам болгон. 180 °C чейин массанын болжол менен 88% сакталышы байкалган, бул негизинен лимон кислотасынын аконит кислотасына ажыроосуна жана андан ары ысытканда метилмалеин ангидридинин (III) пайда болушуна байланыштуу болгон (8b сүрөт). 180 °C жогору температурада глицеринде акролеиндин (акрилальдегид) даана көрүнүшү байкалган, бул 8b37 сүрөтүндө көрсөтүлгөн.
Глицериндин термогравиметриялык анализи (TGA) эки баскычтуу массанын жоголушу процессин көрсөттү. Баштапкы этап (180ден 220 °Cге чейин) акролеиндин пайда болушун камтыйт, андан кийин 230дан 300 °Cге чейинки жогорку температурада массанын олуттуу жоголушу болот (8a-сүрөт). Температура жогорулаган сайын ацетальдегид, көмүр кычкыл газы, метан жана суутек удаалаш пайда болот. Белгилей кетчү нерсе, 300 °C температурада массанын 28% гана сакталып калган, бул NADES 8(a)38,39дун ички касиеттери кемчиликтүү болушу мүмкүн экенин көрсөтүп турат.
Жаңы химиялык байланыштардын пайда болушу жөнүндө маалымат алуу үчүн, табигый терең эвтектикалык эриткичтердин (NADES) жаңы даярдалган суспензиялары Фурье трансформациясынын инфракызыл спектроскопиясы (FTIR) аркылуу талданган. Анализ NADES суспензиясынын спектрин таза лимон кислотасынын (CA) жана глицериндин (Gly) спектрлери менен салыштыруу аркылуу жүргүзүлгөн. CA спектри 1752 1/см2 жана 1673 1/см2де ачык чокуларды көрсөткөн, алар C=O байланышынын созулуучу термелүүлөрүн билдирет жана CA үчүн да мүнөздүү. Мындан тышкары, 9-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, манжа изи аймагында 1360 1/см2де OH ийилүү термелүүсүнүн олуттуу жылышы байкалган.
Ошо сыяктуу эле, глицерин учурунда OH созулуш жана ийилүү термелүүлөрүнүн жылыштары тиешелүүлүгүнө жараша 3291 1/см жана 1414 1/см толкун сандарында табылган. Эми, даярдалган NADES спектрин талдоо менен, спектрде олуттуу жылыш табылган. 7-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, C=O байланышынын созулуш термелүүсү 1752 1/смден 1720 1/смге чейин, ал эми глицериндин -OH байланышынын ийилүү термелүүсү 1414 1/смден 1359 1/смге чейин жылышкан. Толкун сандарындагы бул жылыштар электр терстигинин өзгөрүшүн көрсөтөт, бул NADES түзүмүндө жаңы химиялык байланыштардын пайда болушун көрсөтөт.