Faleminderit që vizituat nature.com. Versioni i shfletuesit që po përdorni ka mbështetje të kufizuar për CSS. Për përvojën më të mirë, ne rekomandojmë përdorimin e versionit më të fundit të shfletuesit (ose çaktivizimin e modalitetit të përputhshmërisë në Internet Explorer). Përveç kësaj, për të siguruar mbështetje të vazhdueshme, kjo faqe nuk do të përfshijë stile ose JavaScript.
Zgjerimi i argjilit të thellë në rezervuarët klastikë krijon probleme të konsiderueshme, duke çuar në paqëndrueshmëri të puseve. Për arsye mjedisore, përdorimi i lëngut të shpimit me bazë uji me frenues të shtuar të argjilit të thellë preferohet në krahasim me lëngun e shpimit me bazë nafte. Lëngjet jonike (IL) kanë tërhequr shumë vëmendje si frenues të argjilit të thellë për shkak të vetive të tyre të akordueshme dhe karakteristikave të forta elektrostatike. Megjithatë, lëngjet jonike (IL) me bazë imidazolil, të përdorura gjerësisht në lëngjet e shpimit, kanë provuar të jenë toksike, jo-biodegraduese dhe të shtrenjta. Tretësit eutektikë të thellë (DES) konsiderohen një alternativë më kosto-efektive dhe më pak toksike ndaj lëngjeve jonike, por ato ende nuk arrijnë qëndrueshmërinë e kërkuar mjedisore. Përparimet e fundit në këtë fushë kanë çuar në futjen e tretësve natyralë eutektikë të thellë (NADES), të njohur për mirëdashësinë e tyre të vërtetë mjedisore. Ky studim hetoi NADES, të cilët përmbajnë acid citrik (si pranues të lidhjes hidrogjenore) dhe glicerinë (si dhurues të lidhjes hidrogjenore) si aditivë të lëngjeve të shpimit. Lëngjet e shpimit me bazë NADES u zhvilluan në përputhje me API 13B-1 dhe performanca e tyre u krahasua me lëngjet e shpimit me bazë klorur kaliumi, lëngjet jonike me bazë imidazoliumi dhe lëngjet e shpimit me bazë klorur koline:ure-DES. Vetitë fiziko-kimike të NADES-ve të patentuara përshkruhen në detaje. Vetitë reologjike, humbja e lëngjeve dhe vetitë e frenimit të argjilës së lëngut të shpimit u vlerësuan gjatë studimit, dhe u tregua se në një përqendrim prej 3% NADES, raporti i stresit të rrjedhjes/viskozitetit plastik (YP/PV) u rrit, trashësia e tortës së baltës u zvogëlua me 26% dhe vëllimi i filtratit u zvogëlua me 30.1%. Veçanërisht, NADES arriti një shkallë mbresëlënëse të frenimit të zgjerimit prej 49.14% dhe rriti prodhimin e argjilës me 86.36%. Këto rezultate i atribuohen aftësisë së NADES për të modifikuar aktivitetin sipërfaqësor, potencialin zeta dhe hapësirën midis shtresave të argjilave, të cilat diskutohen në këtë punim për të kuptuar mekanizmat themelorë. Ky lëng shpimi i qëndrueshëm pritet të revolucionarizojë industrinë e shpimit duke ofruar një alternativë jo-toksike, me kosto efektive dhe shumë efektive ndaj frenuesve tradicionalë të korrozionit të argjilës, duke hapur rrugën për praktikat e shpimit miqësore me mjedisin.
Argjili është një shkëmb i gjithanshëm që shërben si burim dhe rezervuar i hidrokarbureve, dhe struktura e tij poroze1 ofron potencialin si për prodhimin ashtu edhe për ruajtjen e këtyre burimeve të vlefshme. Megjithatë, argjili është i pasur me minerale argjilore si montmorilloniti, smektiti, kaoliniti dhe iliti, të cilat e bëjnë atë të prirur ndaj ënjtjes kur ekspozohet ndaj ujit, duke çuar në paqëndrueshmëri të shpimit gjatë operacioneve të shpimit2,3. Këto probleme mund të çojnë në kohë jo-produktive (NPT) dhe një mori problemesh operacionale, duke përfshirë tuba të bllokuar, qarkullim të humbur të baltës, shembje të shpimit dhe ndotje të pusit, duke rritur kohën dhe koston e rikuperimit. Tradicionalisht, lëngjet e shpimit me bazë nafte (OBDF) kanë qenë zgjedhja e preferuar për formacionet e argjilit për shkak të aftësisë së tyre për t'i rezistuar zgjerimit të argjilit4. Megjithatë, përdorimi i lëngjeve të shpimit me bazë nafte sjell kosto dhe rreziqe më të larta mjedisore. Lëngjet e shpimit me bazë sintetike (SBDF) janë konsideruar si një alternativë, por përshtatshmëria e tyre në temperatura të larta është e pakënaqshme. Lëngjet e shpimit me bazë uji (WBDF) janë një zgjidhje tërheqëse sepse janë më të sigurta, më miqësore me mjedisin dhe më efektive nga ana e kostos sesa OBDF5. Frenues të ndryshëm të argjilit janë përdorur për të rritur aftësinë e frenimit të argjilit të WBDF, duke përfshirë frenuesit tradicionalë si kloruri i kaliumit, gëlqerja, silikati dhe polimeri. Megjithatë, këta frenues kanë kufizime në aspektin e efektivitetit dhe ndikimit mjedisor, veçanërisht për shkak të përqendrimit të lartë të K+ në frenuesit e klorurit të kaliumit dhe ndjeshmërisë së pH-së së silikateve.6 Studiuesit kanë eksploruar mundësinë e përdorimit të lëngjeve jonike si aditivë të lëngjeve të shpimit për të përmirësuar reologjinë e lëngjeve të shpimit dhe për të parandaluar ënjtjen dhe formimin e hidratit të argjilit. Megjithatë, këto lëngje jonike, veçanërisht ato që përmbajnë katione imidazolil, janë përgjithësisht toksike, të shtrenjta, jo-biodegraduese dhe kërkojnë procese komplekse përgatitjeje. Për të zgjidhur këto probleme, njerëzit filluan të kërkonin një alternativë më ekonomike dhe miqësore me mjedisin, gjë që çoi në shfaqjen e tretësve të thellë eutektikë (DES). DES është një përzierje eutektike e formuar nga një dhurues i lidhjes hidrogjenore (HBD) dhe një pranues i lidhjes hidrogjenore (HBA) në një raport molar dhe temperaturë specifike. Këto përzierje eutektike kanë pika shkrirjeje më të ulëta se përbërësit e tyre individualë, kryesisht për shkak të delokalizimit të ngarkesës të shkaktuar nga lidhjet hidrogjenore. Shumë faktorë, duke përfshirë energjinë e rrjetës, ndryshimin e entropisë dhe bashkëveprimet midis anioneve dhe HBD, luajnë një rol kyç në uljen e pikës së shkrirjes së DES.
Në studimet e mëparshme, lëngut të shpimit me bazë uji iu shtuan aditivë të ndryshëm për të zgjidhur problemin e zgjerimit të argjilit. Për shembull, Ofei et al. shtuan klorur 1-butil-3-metilimidazoliumi (BMIM-Cl), i cili uli ndjeshëm trashësinë e tortës së baltës (deri në 50%) dhe uli vlerën YP/PV me 11 në temperatura të ndryshme. Huang et al. përdorën lëngje jonike (konkretisht, bromur 1-heksil-3-metilimidazoliumi dhe bromur 1,2-bis(3-heksilimidazol-1-il)etani) në kombinim me grimca Na-Bt dhe ulën ndjeshëm ënjtjen e argjilit me 86.43% dhe 94.17%, përkatësisht12. Përveç kësaj, Yang et al. përdorën bromur 1-vinil-3-dodecilimidazoliumi dhe bromur 1-vinil-3-tetradecilimidazoliumi për të zvogëluar ënjtjen e argjilit me 16.91% dhe 5.81%, përkatësisht. 13 Yang et al. gjithashtu përdorën bromur 1-vinil-3-etilimidazolium dhe ulën zgjerimin e argjilit me 31.62% duke ruajtur rikuperimin e argjilit në 40.60%.14 Përveç kësaj, Luo et al. përdorën tetrafluoroborat 1-oktil-3-metilimidazolium për të ulur ënjtjen e argjilit me 80%.15, 16 Dai et al. përdorën kopolimerë jonikë të lëngshëm për të penguar argjilin dhe arritën një rritje prej 18% në rikuperimin linear krahasuar me frenuesit e aminës.17
Vetë lëngjet jonike kanë disa disavantazhe, të cilat i shtynë shkencëtarët të kërkonin alternativa më miqësore me mjedisin ndaj lëngjeve jonike, dhe kështu lindi DES. Hanjia ishte i pari që përdori tretës eutektikë të thellë (DES) të përbërë nga acid propionik i klorurit të vinilit (1:1), acid 3-fenilpropionik i klorurit të vinilit (1:2) dhe acid 3-merkaptopropionik + acid itakonik + klorur vinili (1:1:2), të cilët penguan ënjtjen e bentonitit me përkatësisht 68%, 58% dhe 58%18. Në një eksperiment të lirë, MH Rasul përdori një raport 2:1 të glicerolit dhe karbonatit të kaliumit (DES) dhe uli ndjeshëm ënjtjen e mostrave të argjilit me 87%19,20. Ma përdori ure:klorur vinili për të ulur ndjeshëm zgjerimin e argjilit me 67%.21 Rasul et al. Kombinimi i DES dhe polimerit u përdor si një frenues i argjilit me veprim të dyfishtë, i cili arriti një efekt të shkëlqyer të frenimit të argjilit22.
Edhe pse tretësit eutektikë të thellë (DES) konsiderohen përgjithësisht një alternativë më e gjelbër ndaj lëngjeve jonike, ato gjithashtu përmbajnë përbërës potencialisht toksikë siç janë kripërat e amonit, gjë që e bën të dyshimtë mirëdashësinë e tyre ndaj mjedisit. Ky problem ka çuar në zhvillimin e tretësve natyralë eutektikë të thellë (NADES). Ato ende klasifikohen si DES, por përbëhen nga substanca dhe kripëra natyrale, duke përfshirë klorurin e kaliumit (KCl), klorurin e kalciumit (CaCl2), kripërat Epsom (MgSO4.7H2O) dhe të tjera. Kombinimet e shumta të mundshme të DES dhe NADES hapin një fushë të gjerë për kërkime në këtë fushë dhe pritet të gjejnë zbatime në një sërë fushash. Disa studiues kanë zhvilluar me sukses kombinime të reja DES që kanë rezultuar efektive në një sërë zbatimesh. Për shembull, Naser et al. 2013 sintetizuan DES me bazë karbonati kaliumi dhe studiuan vetitë e tij termofizike, të cilat më pas gjetën zbatime në fushat e frenimit të hidrateve, aditivëve të lëngjeve të shpimit, delignifikimit dhe nanofibrilimit. 23 Jordy Kim dhe bashkëpunëtorët zhvilluan NADES me bazë acidi askorbik dhe vlerësuan vetitë e tij antioksiduese në zbatime të ndryshme. 24 Christer et al. zhvilluan NADES me bazë acidi citrik dhe identifikuan potencialin e tij si një eksipient për produktet e kolagjenit. 25 Liu Yi dhe bashkëpunëtorët e tij përmblodhën aplikimet e NADES si media nxjerrjeje dhe kromatografie në një përmbledhje gjithëpërfshirëse, ndërsa Misan et al. diskutuan aplikimet e suksesshme të NADES në sektorin agro-ushqimor. Është e domosdoshme që studiuesit e lëngjeve të shpimit të fillojnë t'i kushtojnë vëmendje efektivitetit të NADES në aplikimet e tyre të fundit. Në vitin 2023, Rasul et al. përdorën kombinime të ndryshme të tretësve natyralë eutektikë të thellë bazuar në acid askorbik26, klorur kalciumi27, klorur kaliumi28 dhe kripë Epsom29 dhe arritën frenim mbresëlënës të argjilit dhe rikuperim të argjilit. Ky studim është një nga studimet e para që prezanton NADES (veçanërisht formulën me bazë acidi citrik dhe gliceroli) si një frenues të argjilit miqësor ndaj mjedisit dhe efektiv në lëngjet e shpimit me bazë uji, i cili karakterizohet nga stabilitet i shkëlqyer mjedisor, aftësi e përmirësuar e frenimit të argjilit dhe performancë e përmirësuar e lëngut krahasuar me frenuesit tradicionalë si KCl, lëngjet jonike me bazë imidazolil dhe DES tradicionale.
Studimi do të përfshijë përgatitjen në vend të NADES me bazë acidi citrik (CA), e ndjekur nga karakterizimi i detajuar fiziko-kimik dhe përdorimi i tij si një shtesë e lëngut të shpimit për të vlerësuar vetitë e lëngut të shpimit dhe aftësinë e tij për frenimin e ënjtjes. Në këtë studim, CA do të veprojë si një pranues i lidhjes hidrogjenore, ndërsa glicerina (Gly) do të veprojë si një dhurues i lidhjes hidrogjenore i përzgjedhur bazuar në kriteret e shqyrtimit MH për formimin/përzgjedhjen e NADES në studimet e frenimit të argjilës30. Matjet e spektroskopisë infra të kuqe të transformimit Furier (FTIR), difraksionit të rrezeve X (XRD) dhe potencialit zeta (ZP) do të sqarojnë ndërveprimet NADES-argjilë dhe mekanizmin që qëndron në themel të frenimit të ënjtjes së argjilës. Përveç kësaj, ky studim do të krahasojë lëngun e shpimit me bazë CA NADES me DES32 të bazuar në klorur 1-etil-3-metilimidazoliumi [EMIM]Cl7,12,14,17,31, KCl dhe klorur koline:ure (1:2) për të hetuar efektivitetin e tyre në frenimin e argjilës dhe përmirësimin e performancës së lëngut të shpimit.
Acidi citrik (monohidrat), gliceroli (99 USP) dhe ureja u blenë nga EvaChem, Kuala Lumpur, Malajzi. Kloruri i kolinës (>98%), [EMIM]Cl 98% dhe kloruri i kaliumit u blenë nga Sigma Aldrich, Malajzi. Strukturat kimike të të gjitha kimikateve tregohen në Figurën 1. Diagrami i gjelbër krahason kimikatet kryesore të përdorura në këtë studim: lëngu jonik imidazolil, kloruri i kolinës (DES), acidi citrik, gliceroli, kloruri i kaliumit dhe NADES (acidi citrik dhe gliceroli). Tabela e miqësisë mjedisore të kimikateve të përdorura në këtë studim është paraqitur në Tabelën 1. Në tabelë, çdo kimikat vlerësohet bazuar në toksicitet, biodegradueshmëri, kosto dhe qëndrueshmëri mjedisore.
Strukturat kimike të materialeve të përdorura në këtë studim: (a) acid citrik, (b) [EMIM]Cl, (c) klorur koline dhe (d) glicerol.
Kandidatët për dhurues të lidhjes hidrogjenore (HBD) dhe pranues të lidhjes hidrogjenore (HBA) për zhvillimin e NADES-ve me bazë CA (tretës natyral eutektik i thellë) u përzgjodhën me kujdes sipas kritereve të përzgjedhjes MH 30, të cilat janë të destinuara për zhvillimin e NADES si frenues efektivë të argjilit. Sipas këtij kriteri, përbërësit me një numër të madh dhuruesish dhe pranuesish të lidhjes hidrogjenore, si dhe grupe funksionale polare, konsiderohen të përshtatshëm për zhvillimin e NADES.
Përveç kësaj, lëngu jonik [EMIM]Cl dhe tretësi eutektik i thellë i klorurit të kolinës:uresë (DES) u përzgjodhën për krahasim në këtë studim sepse ato përdoren gjerësisht si aditivë të lëngjeve të shpimit33,34,35,36. Përveç kësaj, u krahasua kloruri i kaliumit (KCl) sepse është një frenues i zakonshëm.
Acidi citrik dhe gliceroli u përzien në raporte të ndryshme molare për të përftuar përzierje eutektike. Inspektimi vizual tregoi se përzierja eutektike ishte një lëng homogjen, transparent pa turbullirë, duke treguar se dhuruesi i lidhjes hidrogjenore (HBD) dhe pranuesi i lidhjes hidrogjenore (HBA) u përzien me sukses në këtë përbërje eutektike. U kryen eksperimente paraprake për të vëzhguar sjelljen e procesit të përzierjes së HBD dhe HBA në varësi të temperaturës. Sipas literaturës në dispozicion, proporcioni i përzierjeve eutektike u vlerësua në tre temperatura specifike mbi 50 °C, 70 °C dhe 100 °C, duke treguar se temperatura eutektike është zakonisht në rangun 50-80 °C. Një peshore dixhitale Mettler u përdor për të peshuar me saktësi përbërësit HBD dhe HBA, dhe një pllakë e nxehtë Thermo Fisher u përdor për të ngrohur dhe përzier HBD dhe HBA në 100 rpm në kushte të kontrolluara.
Vetitë termofizike të tretësit tonë të sintetizuar eutektik të thellë (DES), duke përfshirë dendësinë, tensionin sipërfaqësor, indeksin e thyerjes dhe viskozitetin, u matën me saktësi në një diapazon temperaturash nga 289.15 në 333.15 K. Duhet theksuar se ky diapazon temperaturash u zgjodh kryesisht për shkak të kufizimeve të pajisjeve ekzistuese. Analiza gjithëpërfshirëse përfshinte një studim të thelluar të vetive të ndryshme termofizike të këtij formulimi NADES, duke zbuluar sjelljen e tyre në një diapazon temperaturash. Përqendrimi në këtë diapazon specifik temperaturash ofron njohuri mbi vetitë e NADES që janë me rëndësi të veçantë për një numër aplikimesh.
Tensioni sipërfaqësor i NADES-it të përgatitur u mat në diapazonin nga 289.15 deri në 333.15 K duke përdorur një matës tensioni ndërfaqësor (IFT700). Pikat e NADES formohen në një dhomë të mbushur me një vëllim të madh lëngu duke përdorur një gjilpërë kapilare në kushte specifike të temperaturës dhe presionit. Sistemet moderne të imazherisë prezantojnë parametra të përshtatshëm gjeometrikë për të llogaritur tensionin ndërfaqësor duke përdorur ekuacionin e Laplasit.
Një refraktometer ATAGO u përdor për të përcaktuar indeksin e thyerjes së NADES të përgatitur fllad në diapazonin e temperaturës nga 289.15 deri në 333.15 K. Instrumenti përdor një modul termik për të rregulluar temperaturën për të vlerësuar shkallën e thyerjes së dritës, duke eliminuar nevojën për një banjë uji me temperaturë konstante. Sipërfaqja e prizmit të refraktometrit duhet të pastrohet dhe tretësira e mostrës duhet të shpërndahet në mënyrë të barabartë mbi të. Kalibroni me një tretësirë ​​standarde të njohur dhe më pas lexoni indeksin e thyerjes nga ekrani.
Viskoziteti i NADES-it të përgatitur u mat në diapazonin e temperaturës prej 289.15 deri në 333.15 K duke përdorur një viskozimetër rrotullues Brookfield (tip kriogjenik) me një shpejtësi prerjeje prej 30 rpm dhe një madhësi boshti prej 6. Viskozimetri mat viskozitetin duke përcaktuar çift rrotulluesin e nevojshëm për të rrotulluar boshtin me një shpejtësi konstante në një mostër të lëngshme. Pasi mostra vendoset në ekran nën bosht dhe shtrëngohet, viskozimetri shfaq viskozitetin në centipoise (cP), duke ofruar informacion të vlefshëm mbi vetitë reologjike të lëngut.
Një matës dendësie portativ DMA 35 Basic u përdor për të përcaktuar dendësinë e tretësit eutektik të thellë natyror të përgatitur fllad (NDEES) në diapazonin e temperaturës 289.15–333.15 K. Meqenëse pajisja nuk ka një ngrohës të integruar, ajo duhet të ngrohet paraprakisht në temperaturën e specifikuar (± 2 °C) para se të përdorni matësin e dendësisë NADES. Tërhiqni të paktën 2 ml mostër përmes tubit dhe dendësia do të shfaqet menjëherë në ekran. Vlen të përmendet se për shkak të mungesës së një ngrohësi të integruar, rezultatet e matjes kanë një gabim prej ± 2 °C.
Për të vlerësuar pH-in e NADES-it të përgatitur fllad në diapazonin e temperaturës 289.15–333.15 K, përdorëm një pH-metër Kenis. Meqenëse nuk ka pajisje të integruar ngrohjeje, NADES u ngroh së pari në temperaturën e dëshiruar (±2 °C) duke përdorur një pllakë të nxehtë dhe më pas u mat direkt me një pH-metër. Zhytni plotësisht sondën e pH-metrit në NADES dhe regjistroni vlerën përfundimtare pasi leximi të jetë stabilizuar.
Analiza termogravimetrike (TGA) u përdor për të vlerësuar stabilitetin termik të tretësve eutektikë të thellë natyrorë (NADES). Mostrat u analizuan gjatë ngrohjes. Duke përdorur një peshore me precizion të lartë dhe duke monitoruar me kujdes procesin e ngrohjes, u gjenerua një grafik i humbjes së masës kundrejt temperaturës. NADES u ngroh nga 0 në 500 °C me një shpejtësi prej 1 °C në minutë.
Për të filluar procesin, mostra NADES duhet të përzihet plotësisht, të homogjenizohet dhe t'i hiqet lagështia sipërfaqësore. Mostra e përgatitur vendoset më pas në një kuvetë TGA, e cila zakonisht është bërë nga një material inert siç është alumini. Për të siguruar rezultate të sakta, instrumentet TGA kalibrohen duke përdorur materiale referuese, zakonisht standarde peshe. Pasi të kalibrohet, eksperimenti TGA fillon dhe mostra nxehet në një mënyrë të kontrolluar, zakonisht me një shpejtësi konstante. Monitorimi i vazhdueshëm i marrëdhënies midis peshës së mostrës dhe temperaturës është një pjesë kyçe e eksperimentit. Instrumentet TGA mbledhin të dhëna mbi temperaturën, peshën dhe parametra të tjerë siç janë rrjedha e gazit ose temperatura e mostrës. Pasi të përfundojë eksperimenti TGA, të dhënat e mbledhura analizohen për të përcaktuar ndryshimin në peshën e mostrës si një funksion i temperaturës. Ky informacion është i vlefshëm në përcaktimin e diapazonit të temperaturës që shoqërohet me ndryshimet fizike dhe kimike në mostër, duke përfshirë procese të tilla si shkrirja, avullimi, oksidimi ose dekompozimi.
Lëngu i shpimit me bazë uji u formulua me kujdes sipas standardit API 13B-1, dhe përbërja e tij specifike është renditur në Tabelën 2 për referencë. Acidi citrik dhe gliceroli (99 USP) u blenë nga Sigma Aldrich, Malajzi për të përgatitur tretësin natyral eutektik të thellë (NADES). Përveç kësaj, frenuesi konvencional i argjilit, kloruri i kaliumit (KCl), u ble gjithashtu nga Sigma Aldrich, Malajzi. Kloruri 1-etil, 3-metilimidazolium ([EMIM]Cl) me një pastërti prej më shumë se 98% u zgjodh për shkak të efektit të tij të rëndësishëm në përmirësimin e reologjisë së lëngut të shpimit dhe frenimit të argjilit, gjë që u konfirmua në studimet e mëparshme. Si KCl ashtu edhe ([EMIM]Cl) do të përdoren në analizën krahasuese për të vlerësuar performancën e frenimit të argjilit të NADES.
Shumë studiues preferojnë të përdorin thekon bentoniti për të studiuar ënjtjen e argjilit të detit sepse bentoniti përmban të njëjtin grup "montmorilloniti" që shkakton ënjtjen e argjilit të detit. Marrja e mostrave të vërteta të bërthamës së argjilit të detit është sfiduese sepse procesi i nxjerrjes së bërthamës destabilizon argjilin e detit, duke rezultuar në mostra që nuk janë tërësisht argjilë, por zakonisht përmbajnë një përzierje shtresash guri ranor dhe guri gëlqeror. Përveç kësaj, mostrave të argjilit të detit zakonisht u mungojnë grupet e montmorillonitit që shkaktojnë ënjtje të argjilit të detit dhe për këtë arsye janë të papërshtatshme për eksperimente të frenimit të ënjtjes.
Në këtë studim, ne përdorëm grimca të rikonstituuara të bentonitit me një diametër prej afërsisht 2.54 cm. Granulat u bënë duke shtypur 11.5 gramë pluhur bentoniti natriumi në një presë hidraulike në 1600 psi. Trashësia e granulave u mat me saktësi para se të vendoseshin në një dilatometër linear (LD). Grimcat më pas u zhytën në mostrat e lëngjeve të shpimit, duke përfshirë mostrat bazë dhe mostrat e injektuara me frenues të përdorur për të parandaluar ënjtjen e argjilit. Ndryshimi në trashësinë e granulave u monitorua më pas me kujdes duke përdorur LD, me matje të regjistruara në intervale 60-sekondëshe për 24 orë.
Difraksioni me rreze X tregoi se përbërja e bentonit, veçanërisht përbërësi i tij prej 47% montmorillonit, është një faktor kyç në kuptimin e karakteristikave të tij gjeologjike. Ndër përbërësit montmorillonit të bentonit, montmorilloniti është përbërësi kryesor, duke përbërë 88.6% të përbërësve totalë. Ndërkohë, kuarci përbën 29%, iliti 7% dhe karbonati 9%. Një pjesë e vogël (rreth 3.2%) është një përzierje e ilitit dhe montmorillonitit. Përveç kësaj, ai përmban elementë gjurmë si Fe2O3 (4.7%), aluminosilikati i argjendit (1.2%), muskoviti (4%) dhe fosfati (2.3%). Përveç kësaj, janë të pranishme sasi të vogla të Na2O (1.83%) dhe silikati i hekurit (2.17%), gjë që bën të mundur vlerësimin e plotë të elementëve përbërës të bentonit dhe përmasave të tyre përkatëse.
Ky seksion gjithëpërfshirës studimi detajon vetitë reologjike dhe të filtrimit të mostrave të lëngjeve të shpimit të përgatitura duke përdorur tretës natyral eutektik të thellë (NADES) dhe të përdorura si një shtesë e lëngjeve të shpimit në përqendrime të ndryshme (1%, 3% dhe 5%). Mostrat e lëngjeve të bazuara në NADES u krahasuan dhe u analizuan më pas me mostrat e lëngjeve të përbëra nga klorur kaliumi (KCl), CC:ure DES (tretës eutektik i thellë i klorurit të kolinës:ure) dhe lëngje jonike. Një numër parametrash kryesorë u trajtuan në këtë studim, duke përfshirë leximet e viskozitetit të marra duke përdorur një viskozimetër FANN para dhe pas ekspozimit ndaj kushteve të plakjes në 100°C dhe 150°C. Matjet u morën me shpejtësi të ndryshme rrotullimi (3 rpm, 6 rpm, 300 rpm dhe 600 rpm) duke lejuar një analizë gjithëpërfshirëse të sjelljes së lëngut të shpimit. Të dhënat e marra mund të përdoren më pas për të përcaktuar vetitë kryesore siç janë pika e rrjedhshmërisë (YP) dhe viskoziteti plastik (PV), të cilat ofrojnë një pasqyrë të performancës së lëngut në kushte të ndryshme. Testet e filtrimit me presion të lartë në temperaturë të lartë (HPHT) në 400 psi dhe 150°C (temperatura tipike në puse me temperaturë të lartë) përcaktojnë performancën e filtrimit (trashësinë e tortës dhe vëllimin e filtratit).
Ky seksion përdor pajisje të teknologjisë së fundit, Dilatometrin Linear Grace HPHT (M4600), për të vlerësuar plotësisht vetitë e frenimit të ënjtjes së argjilit të lëngjeve tona të shpimit me bazë uji. LSM është një makinë e teknologjisë së fundit që përbëhet nga dy komponentë: një ngjeshës pllakash dhe një dilatometer linear (modeli: M4600). Pllakat e bentonitit u përgatitën për analizë duke përdorur Grace Core/Plate Compactor. LSM më pas ofron të dhëna të menjëhershme të ënjtjes në këto pllaka, duke lejuar një vlerësim gjithëpërfshirës të vetive të frenimit të ënjtjes së argjilit. Testet e zgjerimit të argjilit u kryen në kushte ambienti, dmth., 25°C dhe 1 psia.
Testimi i stabilitetit të argjilit përfshin një test kyç që shpesh quhet testi i rikuperimit të argjilit, testi i zhytjes së argjilit ose testi i shpërndarjes së argjilit. Për të filluar këtë vlerësim, prerjet e argjilit ndahen në një sitë #6 BSS dhe më pas vendosen në një sitë #10. Prerjet më pas futen në një rezervuar mbajtës ku përzihen me një lëng bazë dhe baltë shpimi që përmban NADES (Tretës Eutektik i Thellë Natyror). Hapi tjetër është vendosja e përzierjes në një furrë për një proces intensiv të petëzimit të nxehtë, duke siguruar që prerjet dhe balta të jenë të përziera plotësisht. Pas 16 orësh, prerjet hiqen nga tuli duke lejuar që argjili të dekompozohet, duke rezultuar në një ulje të peshës së prerjeve. Testi i rikuperimit të argjilit u krye pasi prerjet e argjilit ishin mbajtur në baltë shpimi në 150°C dhe 1000 psi. inç brenda 24 orëve.
Për të matur rikuperimin e baltës së argjilës, e filtruam atë përmes një site më të imët (40 rrjetë), pastaj e lamë plotësisht me ujë dhe në fund e thamë në furrë. Kjo procedurë e mundimshme na lejon të vlerësojmë baltën e rikuperuar krahasuar me peshën origjinale, duke llogaritur në fund përqindjen e baltës së argjilës së rikuperuar me sukses. Burimi i mostrave të argjilës është nga Distrikti Niah, Distrikti Miri, Sarawak, Malajzi. Përpara testeve të shpërndarjes dhe rikuperimit, mostrat e argjilës iu nënshtruan një analize të plotë të difraksionit me rreze X (XRD) për të përcaktuar përbërjen e tyre të argjilës dhe për të konfirmuar përshtatshmërinë e tyre për testim. Përbërja minerale e argjilës së mostrës është si më poshtë: ilit 18%, kaolinit 31%, klorit 22%, vermikulit 10% dhe mikë 19%.
Tensioni sipërfaqësor është një faktor kyç që kontrollon depërtimin e kationeve të ujit në mikroporet e argjilit të detit nëpërmjet veprimit kapilar, i cili do të studiohet në detaje në këtë seksion. Ky punim shqyrton rolin e tensionit sipërfaqësor në vetitë kohezive të lëngjeve të shpimit, duke theksuar ndikimin e tij të rëndësishëm në procesin e shpimit, veçanërisht në frenimin e argjilit të detit. Ne përdorëm një tensiometër ndërfaqësor (IFT700) për të matur me saktësi tensionin sipërfaqësor të mostrave të lëngjeve të shpimit, duke zbuluar një aspekt të rëndësishëm të sjelljes së lëngjeve në kontekstin e frenimit të argjilit të detit.
Ky seksion diskuton në detaje hapësirën e shtresës d, e cila është distanca midis shtresave aluminosilikate dhe një shtrese aluminosilikate në argjila. Analiza mbuloi mostrat e baltës së lagësht që përmbanin 1%, 3% dhe 5% CA NADES, si dhe 3% KCl, 3% [EMIM]Cl dhe 3% DES me bazë CC:ure për krahasim. Një difraktometër me rreze X i teknologjisë së fundit (D2 Phaser) që funksionon në 40 mA dhe 45 kV me rrezatim Cu-Kα (λ = 1.54059 Å) luajti një rol kritik në regjistrimin e majave të difraksionit me rreze X të mostrave Na-Bt të lagështa dhe të thata. Zbatimi i ekuacionit të Bragg mundëson përcaktimin e saktë të hapësirës së shtresës d, duke ofruar kështu informacion të vlefshëm mbi sjelljen e argjilës.
Ky seksion përdor instrumentin e avancuar Malvern Zetasizer Nano ZSP për të matur me saktësi potencialin zeta. Ky vlerësim ofroi informacion të vlefshëm mbi karakteristikat e ngarkesës së mostrave të holluara të baltës që përmbajnë 1%, 3% dhe 5% CA NADES, si dhe 3% KCl, 3% [EMIM]Cl dhe 3% DES me bazë CC:ure për analiza krahasuese. Këto rezultate kontribuojnë në kuptimin tonë të stabilitetit të përbërjeve koloidale dhe ndërveprimeve të tyre në lëngje.
Mostrat e argjilës u ekzaminuan para dhe pas ekspozimit ndaj tretësit natyral eutektik të thellë (NADES) duke përdorur një mikroskop elektronik skanues të emetimit të fushës Zeiss Supra 55 VP (FESEM) të pajisur me rreze X me shpërndarje energjie (EDX). Rezolucioni i imazhit ishte 500 nm dhe energjia e rrezes së elektroneve ishte 30 kV dhe 50 kV. FESEM ofron vizualizim me rezolucion të lartë të morfologjisë sipërfaqësore dhe karakteristikave strukturore të mostrave të argjilës. Objektivi i këtij studimi ishte të merrte informacion në lidhje me efektin e NADES në mostrat e argjilës duke krahasuar imazhet e marra para dhe pas ekspozimit.
Në këtë studim, teknologjia e mikroskopisë elektronike skanuese me emetim në terren (FESEM) u përdor për të hetuar efektin e NADES në mostrat e argjilës në nivel mikroskopik. Qëllimi i këtij studimi është të sqarojë zbatimet e mundshme të NADES dhe efektin e tij në morfologjinë e argjilës dhe madhësinë mesatare të grimcave, gjë që do të ofrojë informacion të vlefshëm për kërkimin në këtë fushë.
Në këtë studim, shiritat e gabimit u përdorën për të përshkruar vizualisht ndryshueshmërinë dhe pasigurinë e gabimit mesatar në përqindje (AMPE) në të gjitha kushtet eksperimentale. Në vend që të paraqesim grafikisht vlerat individuale AMPE (meqenëse paraqitja grafike e vlerave AMPE mund të errësojë trendet dhe të ekzagjerojë variacionet e vogla), ne llogarisim shiritat e gabimit duke përdorur rregullin 5%. Kjo qasje siguron që çdo shirit gabimi përfaqëson intervalin brenda të cilit pritet të bien intervali i besimit 95% dhe 100% e vlerave AMPE, duke ofruar kështu një përmbledhje më të qartë dhe më koncize të shpërndarjes së të dhënave për secilën gjendje eksperimentale. Përdorimi i shiritave të gabimit bazuar në rregullin 5% përmirëson kështu interpretueshmërinë dhe besueshmërinë e paraqitjeve grafike dhe ndihmon në ofrimin e një kuptimi më të detajuar të rezultateve dhe implikimeve të tyre.
Në sintezën e tretësve natyralë eutektikë të thellë (NADES), disa parametra kyç u studiuan me kujdes gjatë procesit të përgatitjes në vend. Këta faktorë kritikë përfshijnë temperaturën, raportin molar dhe shpejtësinë e përzierjes. Eksperimentet tona tregojnë se kur HBA (acidi citrik) dhe HBD (glicerina) përzihen në një raport molar prej 1:4 në 50°C, formohet një përzierje eutektike. Karakteristika dalluese e përzierjes eutektike është pamja e saj transparente dhe homogjene dhe mungesa e sedimentit. Kështu, ky hap kyç nxjerr në pah rëndësinë e raportit molar, temperaturës dhe shpejtësisë së përzierjes, ndër të cilët raporti molar ishte faktori më me ndikim në përgatitjen e DES dhe NADES, siç tregohet në Figurën 2.
Indeksi i thyerjes (n) shpreh raportin e shpejtësisë së dritës në vakum me shpejtësinë e dritës në një mjedis të dytë, më të dendur. Indeksi i thyerjes është me interes të veçantë për tretësit natyralë eutektikë të thellë (NADES) kur merren në konsideratë aplikime optikisht të ndjeshme siç janë biosensorët. Indeksi i thyerjes së NADES-it të studiuar në 25 °C ishte 1.452, që është çuditërisht më i ulët se ai i glicerolit.
Vlen të përmendet se indeksi i thyerjes së NADES zvogëlohet me temperaturën, dhe kjo tendencë mund të përshkruhet me saktësi nga formula (1) dhe Figurën 3, me gabimin mesatar absolut në përqindje (AMPE) që arrin në 0%. Kjo sjellje e varur nga temperatura shpjegohet me uljen e viskozitetit dhe dendësisë në temperatura të larta, duke bërë që drita të udhëtojë nëpër medium me një shpejtësi më të lartë, duke rezultuar në një vlerë më të ulët të indeksit të thyerjes (n). Këto rezultate ofrojnë njohuri të vlefshme mbi përdorimin strategjik të NADES në sensorët optikë, duke nxjerrë në pah potencialin e tyre për aplikimet e biosensorëve.
Tensioni sipërfaqësor, i cili pasqyron tendencën e një sipërfaqeje të lëngshme për të minimizuar sipërfaqen e saj, është me rëndësi të madhe në vlerësimin e përshtatshmërisë së tretësve natyralë eutektikë të thellë (NADES) për aplikimet e bazuara në presionin kapilar. Një studim i tensionit sipërfaqësor në diapazonin e temperaturës 25-60 °C ofron informacion të vlefshëm. Në 25 °C, tensioni sipërfaqësor i NADES me bazë acidi citrik ishte 55.42 mN/m, që është dukshëm më i ulët se ai i ujit dhe glicerolit. Figura 4 tregon se tensioni sipërfaqësor zvogëlohet ndjeshëm me rritjen e temperaturës. Ky fenomen mund të shpjegohet me një rritje të energjisë kinetike molekulare dhe një rënie të mëvonshme të forcave tërheqëse ndërmolekulare.
Trendi linear në rënie i tensionit sipërfaqësor i vërejtur në NADES-in e studiuar mund të shprehet mirë nga ekuacioni (2), i cili ilustron marrëdhënien themelore matematikore në diapazonin e temperaturës 25–60 °C. Grafiku në Figurën 4 përshkruan qartë trendin e tensionit sipërfaqësor me temperaturën me një gabim mesatar absolut në përqindje (AMPE) prej 1.4%, i cili përcakton saktësinë e vlerave të raportuara të tensionit sipërfaqësor. Këto rezultate kanë implikime të rëndësishme për të kuptuar sjelljen e NADES dhe zbatimet e tij të mundshme.
Të kuptuarit e dinamikës së dendësisë së tretësve natyrorë eutektikë të thellë (NADES) është thelbësore për të lehtësuar zbatimin e tyre në studime të shumta shkencore. Dendësia e NADES me bazë acidi citrik në 25°C është 1.361 g/cm3, që është më e lartë se dendësia e glicerolit mëmë. Ky ndryshim mund të shpjegohet me shtimin e një pranuesi të lidhjes hidrogjenore (acidi citrik) në glicerinë.
Duke marrë si shembull NADES me bazë citrat, dendësia e tij bie në 1.19 g/cm3 në 60°C. Rritja e energjisë kinetike gjatë ngrohjes bën që molekulat NADES të shpërndahen, duke bërë që ato të zënë një vëllim më të madh, duke rezultuar në një ulje të dendësisë. Ulja e vëzhguar e dendësisë tregon një korrelacion të caktuar linear me rritjen e temperaturës, i cili mund të shprehet siç duhet me formulën (3). Figura 5 paraqet grafikisht këto karakteristika të ndryshimit të dendësisë së NADES me një gabim mesatar absolut në përqindje (AMPE) prej 1.12%, i cili ofron një masë sasiore të saktësisë së vlerave të dendësisë së raportuar.
Viskoziteti është forca tërheqëse midis shtresave të ndryshme të një lëngu në lëvizje dhe luan një rol kyç në kuptimin e zbatueshmërisë së tretësve natyralë eutektikë të thellë (NADES) në aplikime të ndryshme. Në 25 °C, viskoziteti i NADES ishte 951 cP, që është më i lartë se ai i glicerolit.
Ulja e vëzhguar e viskozitetit me rritjen e temperaturës shpjegohet kryesisht nga dobësimi i forcave tërheqëse ndërmolekulare. Ky fenomen rezulton në një ulje të viskozitetit të lëngut, një trend i demonstruar qartë në Figurën 6 dhe i përcaktuar nga Ekuacioni (4). Veçanërisht, në 60°C, viskoziteti bie në 898 cP me një gabim mesatar të përgjithshëm në përqindje (AMPE) prej 1.4%. Një kuptim i detajuar i varësisë së viskozitetit kundrejt temperaturës në NADES është me rëndësi të madhe për zbatimin e tij praktik.
pH i tretësirës, ​​i përcaktuar nga logaritmi negativ i përqendrimit të jonit të hidrogjenit, është kritik, veçanërisht në aplikimet e ndjeshme ndaj pH-it, siç është sinteza e ADN-së, kështu që pH i NADES duhet të studiohet me kujdes para përdorimit. Duke marrë si shembull NADES me bazë acidi citrik, mund të vërehet një pH dukshëm acid prej 1.91, i cili është në kontrast të thellë me pH relativisht neutral të glicerolit.
Është interesante se pH i tretësit të tretshëm të dehidrogjenazës së acidit citrik natyral (NADES) tregoi një tendencë jolineare në rënie me rritjen e temperaturës. Ky fenomen i atribuohet rritjes së vibracioneve molekulare që prishin ekuilibrin H+ në tretësirë, duke çuar në formimin e joneve [H]+ dhe, nga ana tjetër, një ndryshim në vlerën e pH-it. Ndërsa pH natyral i acidit citrik varion nga 3 në 5, prania e hidrogjenit acid në glicerinë e ul më tej pH-in në 1.91.
Sjellja e pH-it të NADES me bazë citrat në diapazonin e temperaturës 25–60 °C mund të përfaqësohet në mënyrë të përshtatshme nga ekuacioni (5), i cili ofron një shprehje matematikore për trendin e vëzhguar të pH-it. Figura 7 përshkruan grafikisht këtë marrëdhënie interesante, duke theksuar efektin e temperaturës në pH-in e NADES, i cili raportohet të jetë 1.4% për AMPE.
Analiza termogravimetrike (TGA) e tretësit eutektik të thellë të acidit citrik natyror (NADES) u krye sistematikisht në diapazonin e temperaturës nga temperatura e dhomës deri në 500 °C. Siç mund të shihet nga Figurat 8a dhe b, humbja fillestare e masës deri në 100 °C ishte kryesisht për shkak të ujit të absorbuar dhe ujit të hidratuar të shoqëruar me acidin citrik dhe glicerolin e pastër. Një mbajtje e konsiderueshme e masës prej rreth 88% u vu re deri në 180 °C, e cila ishte kryesisht për shkak të dekompozimit të acidit citrik në acid akonitik dhe formimit të mëvonshëm të anhidridit metilmaleik (III) pas ngrohjes së mëtejshme (Figura 8 b). Mbi 180 °C, mund të vërehet edhe një pamje e qartë e akroleinës (akriladehidës) në glicerinë, siç tregohet në Figurën 8b37.
Analiza termogravimetrike (TGA) e glicerolit zbuloi një proces humbjeje mase me dy faza. Faza fillestare (180 deri në 220 °C) përfshin formimin e akroleinës, e ndjekur nga humbja e konsiderueshme e masës në temperatura të larta nga 230 deri në 300 °C (Figura 8a). Ndërsa temperatura rritet, acetaldehida, dioksidi i karbonit, metani dhe hidrogjeni formohen në mënyrë sekuenciale. Veçanërisht, vetëm 28% e masës u mbajt në 300 °C, duke sugjeruar që vetitë e brendshme të NADES 8(a)38,39 mund të jenë të dëmtuara.
Për të marrë informacion në lidhje me formimin e lidhjeve të reja kimike, pezullimet e përgatitura fllad të tretësve natyralë eutektikë të thellë (NADES) u analizuan me anë të spektroskopisë infra të kuqe me transformim Furier (FTIR). Analiza u krye duke krahasuar spektrin e pezullimit NADES me spektrat e acidit citrik të pastër (CA) dhe glicerolit (Gly). Spektri CA tregoi maja të qarta në 1752 1/cm dhe 1673 1/cm, të cilat përfaqësojnë dridhjet e shtrirjes së lidhjes C=O dhe janë gjithashtu karakteristike për CA. Përveç kësaj, një zhvendosje e konsiderueshme në dridhjen e lakimit të OH në 1360 1/cm u vu re në rajonin e gjurmëve të gishtave, siç tregohet në Figurën 9.
Në mënyrë të ngjashme, në rastin e glicerolit, zhvendosjet e vibracioneve të shtrirjes dhe lakimit të OH u gjetën në numrat e valëve prej 3291 1/cm dhe 1414 1/cm, përkatësisht. Tani, duke analizuar spektrin e NADES të përgatitur, u gjet një zhvendosje e rëndësishme në spektër. Siç tregohet në Figurën 7, vibracioni i shtrirjes së lidhjes C=O u zhvendos nga 1752 1/cm në 1720 1/cm dhe vibracioni i lakimit të lidhjes -OH të glicerolit u zhvendos nga 1414 1/cm në 1359 1/cm. Këto zhvendosje në numrat e valëve tregojnë ndryshimin në elektronegativitet, i cili tregon formimin e lidhjeve të reja kimike në strukturën e NADES.