Eskerrik asko nature.com bisitatzeagatik. Erabiltzen ari zaren arakatzailearen bertsioak CSS laguntza mugatua du. Esperientzia onena lortzeko, arakatzailearen azken bertsioa erabiltzea gomendatzen dizugu (edo Internet Explorer-en bateragarritasun modua desaktibatzea). Gainera, laguntza jarraitua bermatzeko, gune honek ez ditu estiloak edo JavaScript-ak izango.
Klasto-biltegietan eskisto-hedapenak arazo nabarmenak sortzen ditu, putzuen ezegonkortasuna eraginez. Ingurumen-arrazoiengatik, eskisto-inhibitzaileak gehituta dituen ur-oinarritutako zulaketa-fluidoa erabiltzea nahiago da petrolio-oinarritutako zulaketa-fluidoaren aldean. Likido ionikoek (IL) arreta handia erakarri dute eskisto-inhibitzaile gisa, propietate erregulagarriengatik eta ezaugarri elektrostatiko sendoengatik. Hala ere, zulaketa-fluidoetan asko erabiltzen diren imidazolil-oinarritutako likido ionikoak (IL) toxikoak, ez-biodegradagarriak eta garestiak direla frogatu da. Disolbatzaile eutektiko sakonak (DES) likido ionikoen alternatiba kostu-eraginkorrago eta toxiko gutxiagotzat hartzen dira, baina oraindik ez dute beharrezko ingurumen-iraunkortasuna lortzen. Eremu honetako aurrerapen berriek disolbatzaile eutektiko sakon naturalak (NADES) sartzera eraman dute, ingurumenarekiko errespetuzkoak direnak. Ikerketa honek NADESak ikertu zituen, azido zitrikoa (hidrogeno-loturaren hartzaile gisa) eta glizerina (hidrogeno-loturaren emaile gisa) dituztenak zulaketa-fluidoaren gehigarri gisa. NADES oinarritutako zulaketa-fluidoak API 13B-1 araudiaren arabera garatu ziren eta haien errendimendua potasio kloruroan oinarritutako zulaketa-fluidoekin, imidazolioan oinarritutako likido ionikoekin eta kolina kloruro:urea-DES oinarritutako zulaketa-fluidoekin alderatu zen. NADES jabedunen propietate fisiko-kimikoak xehetasunez deskribatzen dira. Zulaketa-fluidoaren propietate erreologikoak, fluido-galera eta eskisto-inhibizio propietateak ebaluatu ziren ikerketan zehar, eta erakutsi zen % 3ko NADES kontzentrazioan, etekin-tentsioa/biskositate plastikoaren erlazioa (YP/PV) handitu zela, lokatz-opilaren lodiera % 26 murriztu zela eta iragazkiaren bolumena % 30,1 murriztu zela. Aipagarria da NADESek % 49,14ko hedapen-inhibizio-tasa ikusgarria lortu zuela eta eskisto-ekoizpena % 86,36 handitu zuela. Emaitza hauek NADESek buztinen gainazaleko jarduera, zeta potentziala eta geruzen arteko tartea aldatzeko duen gaitasunari egozten zaizkio, eta artikulu honetan aztertzen dira azpiko mekanismoak ulertzeko. Zulatzeko fluido jasangarri honek zulaketa-industria iraultzea espero da, eskisto-korrosioaren inhibitzaile tradizionalen alternatiba ez-toxikoa, kostu-eraginkorra eta oso eraginkorra eskainiz, ingurumena errespetatzen duten zulaketa-praktiketarako bidea zabalduz.
Eskistoa hidrokarburoen iturri eta biltegi gisa balio duen arroka polifazetikoa da, eta bere egitura porotsuak1 baliabide baliotsu horiek ekoizteko eta biltegiratzeko potentziala eskaintzen du. Hala ere, eskistoa buztinezko mineraletan aberatsa da, hala nola montmorillonita, esmektita, kaolinita eta illita, eta horrek puztu egiten du urarekin kontaktuan dagoenean, putzuaren ezegonkortasuna eraginez zulaketa eragiketetan2,3. Arazo hauek denbora ez-produktiboa (NPT) eta hainbat eragiketa arazo sor ditzakete, besteak beste, hodi itsatsiak, lokatz-zirkulazio galera, putzuaren kolapsoa eta bitaren zikinkeria, berreskuratze denbora eta kostua handituz. Tradizionalki, petrolioan oinarritutako zulaketa-fluidoak (OBDF) izan dira eskisto formazioetarako aukera hobetsia, eskistoaren hedapenari aurre egiteko duten gaitasunagatik4. Hala ere, petrolioan oinarritutako zulaketa-fluidoen erabilerak kostu handiagoak eta ingurumen-arrisku handiagoak dakartza. Zulaketa-fluido sintetikoak (SBDF) alternatiba gisa kontuan hartu dira, baina tenperatura altuetan duten egokitasuna ez da asegarria. Uretan oinarritutako zulaketa-fluidoak (WBDF) irtenbide erakargarria dira, OBDF5 baino seguruagoak, ingurumena errespetatzen dutenagoak eta kostu-eraginkorragoak direlako. Hainbat eskisto inhibitzaile erabili dira WBDFren eskisto inhibitzeko gaitasuna hobetzeko, besteak beste, potasio kloruroa, karea, silikatoa eta polimeroa bezalako inhibitzaile tradizionalak. Hala ere, inhibitzaile hauek mugak dituzte eraginkortasunari eta ingurumen-inpaktuari dagokionez, batez ere potasio kloruro inhibitzaileetan dagoen K+ kontzentrazio handiagatik eta silikatoen pHarekiko sentikortasunagatik. 6 Ikertzaileek likido ionikoak zulaketa-fluidoen gehigarri gisa erabiltzeko aukera aztertu dute zulaketa-fluidoen erreologia hobetzeko eta eskistoaren hantura eta hidratoen eraketa saihesteko. Hala ere, likido ioniko hauek, batez ere imidazolil katioiak dituztenak, oro har toxikoak, garestiak, ez-biodegradagarriak dira eta prestaketa-prozesu konplexuak behar dituzte. Arazo hauek konpontzeko, jendeak alternatiba ekonomikoago eta ingurumena errespetatzen duen baten bila hasi zen, eta horrek disolbatzaile eutektiko sakonen (DES) agerpena ekarri zuen. DES hidrogeno-lotura emaile batek (HBD) eta hidrogeno-lotura hartzaile batek (HBA) eratutako nahasketa eutektiko bat da, molar-erlazio eta tenperatura espezifiko batean. Nahaste eutektiko hauek banakako osagaiek baino urtze-puntu baxuagoak dituzte, batez ere hidrogeno-loturek eragindako karga-deslokalizazioaren ondorioz. Faktore askok, besteak beste, sare-energiak, entropia-aldaketak eta anioien eta HBDren arteko elkarrekintzek, funtsezko zeregina dute DESren urtze-puntua jaisteko.
Aurreko ikerketetan, hainbat gehigarri gehitu zitzaizkion uretan oinarritutako zulaketa-fluidoari eskistoaren hedapen-arazoa konpontzeko. Adibidez, Ofei et al.-ek 1-butil-3-metilimidazolio kloruroa (BMIM-Cl) gehitu zuten, eta horrek lokatz-opilaren lodiera nabarmen murriztu zuen (% 50era arte) eta YP/PV balioa 11 aldiz murriztu zuen tenperatura desberdinetan. Huang et al.-ek likido ionikoak erabili zituzten (zehazki, 1-hexil-3-metilimidazolio bromuroa eta 1,2-bis(3-hexilimidazol-1-il)etano bromuroa) Na-Bt partikulekin konbinatuta, eta eskistoaren hantura nabarmen murriztu zuten % 86,43 eta % 94,17, hurrenez hurren12. Horrez gain, Yang et al.-ek 1-binil-3-dodezilimidazolio bromuroa eta 1-binil-3-tetradezilimidazolio bromuroa erabili zituzten eskistoaren hantura % 16,91 eta % 5,81 murrizteko, hurrenez hurren. 13 Yang et al.-ek 1-binil-3-etilimidazolio bromuroa ere erabili zuten eta eskistoaren hedapena % 31,62 murriztu zuten, eskistoaren berreskurapena % 40,60an mantenduz. 14 Horrez gain, Luo et al.-ek 1-oktil-3-metilimidazolio tetrafluoroboratoa erabili zuten eskistoaren hantura % 80 murrizteko. 15, 16 Dai et al.-ek likido ioniko kopolimeroak erabili zituzten eskistoa inhibitzeko eta berreskurapen linealean % 18ko igoera lortu zuten amina inhibitzaileekin alderatuta. 17
Likido ionikoek berez desabantaila batzuk dituzte, eta horrek zientzialariak likido ionikoen alternatiba ekologikoagoak bilatzera bultzatu zituen, eta horrela jaio zen DES. Hanjia izan zen lehena disolbatzaile eutektiko sakonak (DES) erabiltzen, binil kloruro azido propionikoa (1:1), binil kloruro 3-fenilpropionikoa azidoa (1:2) eta 3-merkaptopropionikoa azidoa + azido itakonikoa + binil kloruroa (1:1:2) osatuak, eta horrek bentonitaren hantura % 68, % 58 eta % 58 inhibitzen zuen, hurrenez hurren18. Esperimentu libre batean, MH Rasulek glizerol eta potasio karbonatoaren (DES) 2:1 proportzioa erabili zuen eta eskisto laginen hantura % 87 murriztu zuen nabarmen19,20. Ma-k urea:binil kloruroa erabili zuen eskistoaren hedapena % 67 murrizteko % 21. Rasul et al. DES eta polimeroaren konbinazioa ekintza bikoitzeko eskisto inhibitzaile gisa erabili zen, eta horrek eskisto inhibizio efektu bikaina lortu zuen22.
Disolbatzaile eutektiko sakonak (DES) likido ionikoen alternatiba ekologikoagotzat hartzen diren arren, osagai toxikoak ere badituzte, hala nola amonio gatzak, eta horrek haien ingurumenarekiko errespetua zalantzan jartzen du. Arazo honek disolbatzaile eutektiko sakon naturalak (NADES) garatzera eraman du. Oraindik DES gisa sailkatzen dira, baina substantzia eta gatz naturalz osatuta daude, besteak beste, potasio kloruroa (KCl), kaltzio kloruroa (CaCl2), Epsom gatzak (MgSO4.7H2O) eta beste batzuk. DES eta NADESen konbinazio potentzial ugariek ikerketa-eremu zabala irekitzen dute arlo honetan eta hainbat arlotan aplikazioak aurkitzea espero da. Hainbat ikertzailek arrakastaz garatu dituzte DES konbinazio berriak, hainbat aplikaziotan eraginkorrak direla frogatu dutenak. Adibidez, Naser et al. 2013-k potasio karbonatoan oinarritutako DES sintetizatu eta bere propietate termofisikoak aztertu zituzten, eta ondoren aplikazioak aurkitu zituzten hidratoen inhibizioan, zulaketa-fluidoen gehigarrietan, delignifikazioan eta nanofibrilazioan. 23 Jordy Kimek eta bere lankideek azido askorbikoan oinarritutako NADES garatu eta bere propietate antioxidatzaileak ebaluatu zituzten hainbat aplikaziotan. 24 Christer et al.-ek azido zitrikoan oinarritutako NADES garatu zuten eta kolageno produktuetarako eszipiente gisa zuen potentziala identifikatu zuten. 25 Liu Yik eta bere lankideek NADESen aplikazioak laburbildu zituzten erauzketa eta kromatografia bitarteko gisa berrikuspen zabal batean, eta Misan et al.-ek, berriz, NADESen aplikazio arrakastatsuak eztabaidatu zituzten nekazaritza-elikagaien sektorean. Ezinbestekoa da zulaketa-fluidoen ikertzaileek NADESen eraginkortasunari erreparatzen hastea beren aplikazioetan. azkenaldian. 2023an, Rasul et al.-ek azido askorbikoan26, kaltzio kloruroan27, potasio kloruroan28 eta Epsom gatzan29 oinarritutako disolbatzaile eutektiko sakon naturalen konbinazio desberdinak erabili zituzten eta eskistoaren inhibizio eta berreskurapen ikusgarria lortu zuten. Ikerketa hau NADES (bereziki azido zitrikoan eta glizeroletan oinarritutako formulazioa) ingurumena errespetatzen duen eta eraginkortasun handiko eskisto inhibitzaile gisa aurkezten duen lehen ikerketetako bat da uretan oinarritutako zulaketa-fluidoetan, ingurumen-egonkortasun bikaina, eskistoaren inhibizio gaitasun hobetua eta fluidoen errendimendu hobetua dituena KCl, imidazoliletan oinarritutako likido ionikoak eta DES tradizionala bezalako inhibitzaile tradizionalekin alderatuta.
Ikerketak azido zitrikoan (CA) oinarritutako NADESaren barne-prestaketa barne hartuko du, ondoren karakterizazio fisiko-kimiko zehatza eta zulaketa-fluidoaren gehigarri gisa erabiltzea, zulaketa-fluidoaren propietateak eta hantura inhibitzeko gaitasuna ebaluatzeko. Ikerketa honetan, CAk hidrogeno-loturen hartzaile gisa jardungo du, eta glizerolak (Gly) hidrogeno-loturen emaile gisa jardungo du, NADESen eraketa/hautaketarako MH bahetze-irizpideen arabera hautatuta, eskisto-inhibizioko ikerketetan30. Fourier transformatuaren infragorri espektroskopia (FTIR), X izpien difrakzioa (XRD) eta zeta potentziala (ZP) neurketek NADES-buztinaren arteko elkarrekintzak eta buztinaren hantura inhibitzearen oinarrian dagoen mekanismoa argituko dituzte. Horrez gain, ikerketa honek CA NADES oinarritutako zulaketa-fluidoa 1-etil-3-metilimidazolio kloruroan [EMIM]Cl7,12,14,17,31, KCl eta kolina kloruroa:urea (1:2) oinarritutako DES32rekin alderatuko du, eskisto-inhibizioan duten eraginkortasuna ikertzeko eta zulaketa-fluidoaren errendimendua hobetzeko.
Azido zitrikoa (monohidratoa), glizerina (99 USP) eta urea EvaChem-etik erosi ziren, Kuala Lumpur-en, Malaysia-n. Kolina kloruroa (>% 98), [EMIM]Cl % 98 eta potasio kloruroa Sigma Aldrich-etik erosi ziren, Malaysia-n. Produktu kimiko guztien egitura kimikoak 1. irudian ageri dira. Diagrama berdeak ikerketa honetan erabilitako produktu kimiko nagusiak alderatzen ditu: imidazolil likido ionikoa, kolina kloruroa (DES), azido zitrikoa, glizerina, potasio kloruroa eta NADES (azido zitrikoa eta glizerina). Ikerketa honetan erabilitako produktu kimikoen ingurumen-errespetuzko taula 1. taulan aurkezten da. Taulan, produktu kimiko bakoitza toxikotasunaren, biodegradagarritasunaren, kostuaren eta ingurumen-iraunkortasunaren arabera sailkatzen da.
Ikerketa honetan erabilitako materialen egitura kimikoak: (a) azido zitrikoa, (b) [EMIM]Cl, (c) kolina kloruroa eta (d) glizerina.
NADESetan oinarritutako CA (disolbatzaile eutektiko sakon naturala) garatzeko hidrogeno-lotura emaile (HBD) eta hidrogeno-lotura hartzaile (HBA) hautagaiak arretaz hautatu ziren MH 30 hautaketa-irizpideen arabera, eta irizpide horiek NADESak eskisto-inhibitzaile eraginkor gisa garatzeko dira. Irizpide honen arabera, hidrogeno-lotura emaile eta hartzaile kopuru handia duten osagaiak, baita talde funtzional polarrak ere, egokitzat jotzen dira NADESak garatzeko.
Horrez gain, [EMIM]Cl likido ionikoa eta kolina kloruroa:urea disolbatzaile eutektiko sakona (DES) hautatu dira ikerketa honetan alderatzeko, zulaketa-fluidoen gehigarri gisa asko erabiltzen direlako33,34,35,36. Gainera, potasio kloruroa (KCl) alderatu da, inhibitzaile ohikoa delako.
Azido zitrikoa eta glizerina proportzio molar desberdinetan nahastu ziren nahaste eutektikoak lortzeko. Ikusmen-ikuskapenak erakutsi zuen nahaste eutektikoa likido homogeneo eta gardena zela, uhertasunik gabe, eta horrek adierazten du hidrogeno-loturaren emailea (HBD) eta hidrogeno-loturaren hartzailea (HBA) arrakastaz nahastu zirela konposizio eutektiko honetan. Aurretiazko esperimentuak egin ziren HBD eta HBAren nahasketa-prozesuaren tenperaturaren araberako portaera behatzeko. Eskuragarri dagoen literaturaren arabera, nahaste eutektikoen proportzioa hiru tenperatura espezifikotan ebaluatu zen: 50 °C, 70 °C eta 100 °C-tik gorakoak, eta horrek adierazten du tenperatura eutektikoa normalean 50-80 °C-ko tartean dagoela. Mettler balantza digital bat erabili zen HBD eta HBA osagaiak zehaztasunez pisatzeko, eta Thermo Fisher plaka bero bat erabili zen HBD eta HBA berotzeko eta nahasteko 100 bira/min-tan baldintza kontrolatuetan.
Gure sintetizatutako disolbatzaile eutektiko sakonaren (DES) propietate termofisikoak, besteak beste, dentsitatea, gainazaleko tentsioa, errefrakzio-indizea eta biskositatea, zehaztasunez neurtu ziren 289,15 eta 333,15 K arteko tenperatura-tarte batean. Kontuan izan behar da tenperatura-tarte hau aukeratu zela batez ere dauden ekipamenduen mugengatik. Analisi integralak NADES formulazio honen hainbat propietate termofisikoren azterketa sakona barne hartu zuen, tenperatura-tarte batean duten portaera agerian utziz. Tenperatura-tarte espezifiko honetan zentratzeak hainbat aplikaziotarako bereziki garrantzitsuak diren NADESen propietateei buruzko informazioa ematen du.
NADES prestatuaren gainazaleko tentsioa 289,15 eta 333,15 K arteko tartean neurtu zen, tentsio-neurgailu bat (IFT700) erabiliz. NADES tantak likido-bolumen handi batez betetako ganbera batean sortzen dira, kapilar-orratz bat erabiliz, tenperatura eta presio-baldintza espezifikoetan. Irudi-sistemek parametro geometriko egokiak sartzen dituzte tentsio-azalekoa kalkulatzeko, Laplace ekuazioa erabiliz.
ATAGO errefraktometro bat erabili zen NADES freskoen errefrakzio-indizea zehazteko 289,15 eta 333,15 K arteko tenperatura-tartean. Tresnak modulu termiko bat erabiltzen du tenperatura erregulatzeko eta argiaren errefrakzio-maila kalkulatzeko, tenperatura konstanteko ur-bainu baten beharra ezabatuz. Errefraktometroaren prismaren gainazala garbitu behar da eta lagin-disoluzioa uniformeki banatu behar da gainean. Kalibratu soluzio estandar ezagun batekin, eta ondoren irakurri errefrakzio-indizea pantailan.
NADES prestatuaren biskositatea 289,15 eta 333,15 K arteko tenperatura-tartean neurtu zen Brookfield biskosímetro birakari bat erabiliz (mota kriogenikoa), 30 bira/min-ko zizaila-abiaduran eta 6ko ardatz-tamainarekin. Biskosímetroak biskositatea neurtzen du lagin likido batean ardatza abiadura konstantean biratzeko behar den momentua zehaztuz. Lagina ardatzaren azpian dagoen bahean jarri eta estutu ondoren, biskosímetroak biskositatea zentipoise-tan (cP) erakusten du, likidoaren propietate erreologikoei buruzko informazio baliotsua emanez.
DMA 35 Basic dentsitate-neurgailu eramangarri bat erabili zen 289,15–333,15 K-ko tenperatura-tartean prestatutako disolbatzaile eutektiko sakon naturalaren (NDEES) dentsitatea zehazteko. Gailuak ez duenez berogailurik barneratu, NADES dentsitate-neurgailua erabili aurretik zehaztutako tenperaturara (± 2 °C) berotu behar da. Atera gutxienez 2 ml lagin hoditik, eta dentsitatea berehala agertuko da pantailan. Kontuan izan behar da berogailurik ez dagoenez, neurketaren emaitzek ± 2 °C-ko errorea dutela.
289,15–333,15 K-ko tenperatura-tartean prestatutako NADESen pH-a ebaluatzeko, Kenis mahaigaineko pH-metro bat erabili genuen. Berogailurik ez duenez, NADES lehenik nahi den tenperaturara berotu zen (±2 °C) plaka bero bat erabiliz eta ondoren zuzenean neurtu zen pH-metro batekin. Murgildu guztiz pH-metroaren zunda NADESen eta erregistratu azken balioa irakurketa egonkortu ondoren.
Analisi termograbimetrikoa (TGA) erabili zen disolbatzaile eutektiko sakon naturalen (NADES) egonkortasun termikoa ebaluatzeko. Laginak berotzean aztertu ziren. Zehaztasun handiko balantza bat erabiliz eta berotze prozesua arretaz kontrolatuz, masa-galeraren tenperaturaren araberako grafiko bat sortu zen. NADES 0tik 500 °C-ra berotu zen minutuko 1 °C-ko abiaduran.
Prozesua hasteko, NADES lagina ondo nahastu, homogeneizatu eta gainazaleko hezetasuna kendu behar da. Ondoren, prestatutako lagina TGA kubeta batean jartzen da, normalean aluminio bezalako material geldo batez egina dagoena. Emaitza zehatzak bermatzeko, TGA tresnak erreferentziazko materialak erabiliz kalibratzen dira, normalean pisu-estandarrez. Kalibratu ondoren, TGA esperimentua hasten da eta lagina modu kontrolatuan berotzen da, normalean abiadura konstantean. Laginaren pisuaren eta tenperaturaren arteko erlazioaren etengabeko monitorizazioa esperimentuaren funtsezko atala da. TGA tresnek tenperaturari, pisuari eta beste parametro batzuei buruzko datuak biltzen dituzte, hala nola gas-fluxua edo laginaren tenperatura. TGA esperimentua amaitutakoan, bildutako datuak aztertzen dira laginaren pisuaren aldaketa tenperaturaren arabera zehazteko. Informazio hau baliotsua da laginaren aldaketa fisiko eta kimikoekin lotutako tenperatura-tarteak zehazteko, besteak beste, urtzea, lurruntzea, oxidazioa edo deskonposizioa.
Uretan oinarritutako zulaketa-fluidoa arretaz formulatu zen API 13B-1 arauaren arabera, eta bere konposizio espezifikoa 2. taulan zerrendatzen da erreferentzia gisa. Azido zitrikoa eta glizerina (99 USP) Sigma Aldrich-etik (Malaysia) erosi ziren disolbatzaile eutektiko sakon naturala (NADES) prestatzeko. Horrez gain, ohiko eskisto inhibitzaile potasio kloruroa (KCl) ere erosi zen Sigma Aldrich-etik (Malaysia). % 98tik gorako purutasuna duen 1-etil, 3-metilimidazolio kloruroa ([EMIM]Cl) hautatu zen zulaketa-fluidoaren erreologia hobetzeko eta eskisto inhibitzeko duen eragin nabarmenagatik, aurreko ikerketetan baieztatu zen bezala. KCl eta ([EMIM]Cl) biak erabiliko dira analisi konparatiboan, NADESen eskisto inhibitzeko errendimendua ebaluatzeko.
Ikerlari askok bentonita malutak erabiltzea nahiago dute eskistoaren hantura aztertzeko, bentonitak eskistoaren hantura eragiten duen "montmorillonita" talde bera duelako. Benetako eskisto-nukleo laginak lortzea zaila da, nukleoa ateratzeko prozesuak eskistoa ezegonkortzen baitu, eta ondorioz, ez dira erabat eskistozkoak, baina normalean hareharri eta kareharri geruzen nahasketa bat izaten dute. Gainera, eskisto laginek normalean ez dute eskistoaren hantura eragiten duten montmorillonita taldeak eta, beraz, ez dira egokiak hantura inhibitzeko esperimentuetarako.
Ikerketa honetan, gutxi gorabehera 2,54 cm-ko diametroa duten bentonita partikula berreraikiak erabili ditugu. Granuluak 11,5 gramo sodio bentonita hauts prentsa hidrauliko batean 1600 psi-tan prentsatuz egin dira. Granuluen lodiera zehaztasunez neurtu da dilatometro lineal batean (LD) jarri aurretik. Ondoren, partikulak zulaketa-fluidoen laginetan murgildu dira, oinarrizko laginak eta eskistoaren hantura saihesteko erabiltzen diren inhibitzaileak dituzten laginak barne. Granuluen lodieraren aldaketa arretaz kontrolatu da LD erabiliz, neurketak 60 segundoko tarteetan erregistratuz 24 orduz.
X izpien difrakzioak erakutsi zuen bentonitaren konposizioa, batez ere % 47ko montmorillonita osagaia, funtsezko faktorea dela bere ezaugarri geologikoak ulertzeko. Bentonitaren montmorillonita osagaien artean, montmorillonita da osagai nagusia, osagai guztien % 88,6 osatuz. Bitartean, kuartzoak % 29 hartzen du, illitak % 7 eta karbonatoak % 9. Zati txiki bat (% 3,2 inguru) illita eta montmorillonitaren nahasketa bat da. Horrez gain, oligoelementuak ditu, hala nola Fe2O3 (% 4,7), zilar aluminosilikatoa (% 1,2), muskovita (% 4) eta fosfatoa (% 2,3). Horrez gain, Na2O (% 1,83) eta burdin silikato (% 2,17) kantitate txikiak daude, eta horrek bentonitaren elementu osagaiak eta haien proportzioak guztiz estimatzea ahalbidetzen du.
Azterketa-atal zabal honek NADES disolbatzaile eutektiko sakon naturala (NADES) erabiliz prestatutako eta zulaketa-fluidoaren gehigarri gisa kontzentrazio desberdinetan (% 1, % 3 eta % 5) erabilitako zulaketa-fluidoen laginen propietate erreologikoak eta iragazketa-propietateak zehazten ditu. NADES oinarritutako lohi-laginak potasio kloruroz (KCl), CC:urea DES (kolina kloruroa disolbatzaile eutektiko sakona:urea) eta likido ionikoz osatutako lohi-laginekin alderatu eta aztertu ziren. Hainbat parametro gako landu ziren ikerketa honetan, besteak beste, FANN biskosimetro bat erabiliz lortutako biskositate-irakurketak, 100 °C-tan eta 150 °C-tan zahartze-baldintzetan esposizioaren aurretik eta ondoren. Neurketak biraketa-abiadura desberdinetan egin ziren (3 rpm, 6 rpm, 300 rpm eta 600 rpm), zulaketa-fluidoaren portaeraren analisi integrala ahalbidetuz. Lortutako datuak erabil daitezke propietate gakoak zehazteko, hala nola etekin-puntua (YP) eta biskositate plastikoa (PV), fluidoaren errendimenduaren ikuspegia ematen dutenak baldintza desberdinetan. Presio handiko eta tenperatura altuko (HPHT) iragazketa-probek 400 psi eta 150 °C-tan (tenperatura altuko putzuetako tenperatura tipikoak) iragazketa-errendimendua (opilaren lodiera eta iragazkiaren bolumena) zehazten dute.
Atal honek punta-puntako ekipamendua erabiltzen du, Grace HPHT Dilatometro Lineala (M4600), gure uretan oinarritutako zulaketa-fluidoen eskistoaren hantura inhibitzeko propietateak sakonki ebaluatzeko. LSM punta-puntako makina bat da, bi osagaiz osatua: plaka-konpaktagailu bat eta dilatometro lineal bat (modeloa: M4600). Bentonita plakak Grace Core/Plaka-konpaktagailua erabiliz prestatu ziren analisietarako. Ondoren, LSM-k berehala ematen ditu hantura-datuak plaka hauetan, eskistoaren hantura inhibitzeko propietateen ebaluazio osoa ahalbidetuz. Eskistoaren hedapen-probak giro-baldintzetan egin ziren, hau da, 25 °C eta 1 psia.
Eskistoaren egonkortasun-probak eskistoaren berreskuratze-proba, eskistoaren murgiltze-proba edo eskistoaren sakabanaketa-proba bezala ezagutzen den proba gako bat dakar. Ebaluazio hau hasteko, eskisto-ebakinak #6 BSS bahe batean bereizten dira eta gero #10 bahe batean jartzen dira. Ebakinak biltegi batera bidaltzen dira, eta han oinarrizko fluido batekin eta NADES (Natural Deep Eutectic Solvent) duen zulaketa-lokatz batekin nahasten dira. Hurrengo urratsa nahasketa labe batean sartzea da, bero-ijezketa prozesu bizi baterako, ebakinak eta lokatza ondo nahastuta daudela ziurtatuz. 16 ordu igaro ondoren, ebakinak pulpetik kentzen dira, eskistoa deskonposatzen utziz, eta horrek ebakinen pisua murrizten du. Eskistoaren berreskuratze-proba eskisto-ebakinak zulaketa-lokatzetan 150 °C-tan eta 1000 psi hazbeteko presioan 24 orduko epean eduki ondoren egin zen.
Eskisto lokatzaren berreskurapena neurtzeko, bahe finago batetik iragazi genuen (40 sare), ondoren urarekin ondo garbitu genuen eta azkenik labean lehortu genuen. Prozedura neketsu honek berreskuratutako lokatza jatorrizko pisuarekin alderatzea ahalbidetzen digu, eta, azken finean, berreskuratutako eskisto lokatzaren ehunekoa kalkulatzeko. Eskisto laginen iturria Niah barrutia da, Miri barrutia, Sarawak, Malaysia. Dispertsio eta berreskuratze proben aurretik, eskisto laginei X izpien difrakzio (XRD) analisi sakona egin zitzaien buztinaren osaera kuantifikatzeko eta probak egiteko egokiak zirela berresteko. Laginaren buztin mineralen osaera hau da: ilita % 18, kaolinita % 31, klorita % 22, bermikulita % 10 eta mika % 19.
Gainazaleko tentsioa funtsezko faktorea da ur katioiak eskisto mikroporoetan kapilaritatearen bidez sartzea kontrolatzen duena, eta atal honetan xehetasunez aztertuko da. Artikulu honek gainazaleko tentsioak zulaketa-fluidoen kohesio-propietatean duen eginkizuna aztertzen du, zulaketa-prozesuan, batez ere eskistoaren inhibizioan, duen eragin garrantzitsua azpimarratuz. Interfaze-tentsiometro bat (IFT700) erabili genuen zulaketa-fluido laginen gainazaleko tentsioa zehaztasunez neurtzeko, fluidoen portaeraren alderdi garrantzitsu bat agerian utziz eskistoaren inhibizioaren testuinguruan.
Atal honek d geruzaren arteko tartea aztertzen du zehatz-mehatz, hau da, buztinetako aluminosilikatu geruzen eta aluminosilikatu geruza baten arteko geruzen arteko distantzia. Analisian, % 1, % 3 eta % 5 CA NADES zuten lokatz hezeen laginak hartu ziren barne, baita % 3 KCl, % 3 [EMIM]Cl eta % 3 CC:urea oinarritutako DES ere, konparaziorako. 40 mA-tan eta 45 kV-tan funtzionatzen duen Cu-Kα erradiazioarekin (λ = 1.54059 Å) mahaigaineko X izpien difraktometro moderno batek (D2 Phaser) funtsezko zeregina izan zuen Na-Bt lagin hezeen eta lehorren X izpien difrakzio gailurrak erregistratzeko. Bragg ekuazioaren aplikazioak d geruzaren arteko tartea zehatz-mehatz zehaztea ahalbidetzen du, eta horrela, buztinaren portaerari buruzko informazio baliotsua emanez.
Atal honek Malvern Zetasizer Nano ZSP tresna aurreratua erabiltzen du zeta potentziala zehaztasunez neurtzeko. Ebaluazio honek informazio baliotsua eman digu % 1, % 3 eta % 5 CA NADES duten lokatz lagin diluituen karga ezaugarriei buruz, baita % 3 KCl, % 3 [EMIM]Cl eta % 3 CC:urea oinarritutako DES ere, analisi konparatiboa egiteko. Emaitza hauek konposatu koloidalen egonkortasuna eta fluidoetan dituzten elkarrekintzak ulertzen laguntzen digute.
Buztin laginak disolbatzaile eutektiko sakon naturalaren (NADES) eraginpean egon aurretik eta ondoren aztertu ziren, Zeiss Supra 55 VP eremu-igorpeneko eskaneatze-elektroi mikroskopio bat (FESEM) erabiliz, energia-dispertsatzaileko X izpien (EDX) bidez hornitua. Irudiaren bereizmena 500 nm-koa zen eta elektroi-sortaren energia 30 kV eta 50 kV-koa. FESEM-ek buztin laginen gainazaleko morfologiaren eta egitura-ezaugarrien bistaratzea eskaintzen du bereizmen handiko moduan. Ikerketa honen helburua NADES-ek buztin laginetan duen eraginari buruzko informazioa lortzea izan zen, eraginpean egon aurretik eta ondoren lortutako irudiak alderatuz.
Ikerketa honetan, eremu-igorpeneko eskaneatze-mikroskopia elektronikoa (FESEM) erabili da NADESek buztin-laginetan duen eragina ikertzeko, maila mikroskopikoan. Ikerketa honen helburua NADESen aplikazio potentzialak eta buztinaren morfologian eta batez besteko partikulen tamainan duen eragina argitzea da, eta horrek informazio baliotsua emango du arlo honetako ikerketarako.
Ikerketa honetan, errore-barrak erabili ziren batez besteko ehuneko errorearen (AMPE) aldakortasuna eta ziurgabetasuna bisualki deskribatzeko baldintza esperimentalen artean. AMPE balio indibidualak irudikatu beharrean (AMPE balioak irudikatzeak joerak estali eta aldakuntza txikiak puztu ditzakeelako), errore-barrak % 5eko araua erabiliz kalkulatzen ditugu. Ikuspegi honek ziurtatzen du errore-barra bakoitzak % 95eko konfiantza-tartea eta AMPE balioen % 100 egotea espero den tartea adierazten duela, eta horrela, baldintza esperimental bakoitzerako datuen banaketaren laburpen argiagoa eta zehatzagoa eskaintzen du. Horrela, % 5eko arauan oinarritutako errore-barrak erabiltzeak irudikapen grafikoen interpretagarritasuna eta fidagarritasuna hobetzen ditu eta emaitzak eta haien ondorioak zehatzago ulertzen laguntzen du.
Disolbatzaile eutektiko sakon naturalen (NADES) sintesian, hainbat parametro gako aztertu ziren arretaz barne-prestaketa prozesuan. Faktore kritiko horien artean daude tenperatura, proportzio molarra eta nahaste-abiadura. Gure esperimentuek erakusten dute HBA (azido zitrikoa) eta HBD (glizerina) 1:4ko proportzio molarrarekin nahasten direnean 50 °C-tan, nahaste eutektiko bat sortzen dela. Nahaste eutektikoaren ezaugarri bereizgarria bere itxura gardena eta homogeneoa da, eta sedimenturik eza. Beraz, urrats gako honek proportzio molarra, tenperatura eta nahaste-abiaduraren garrantzia azpimarratzen du, eta horien artean proportzio molarra izan zen faktore eraginkorrena DES eta NADES prestatzean, 2. irudian ikusten den bezala.
Errefrakzio-indizeak (n) hutsean dagoen argiaren abiaduraren eta bigarren ingurune dentsoago batean dagoen argiaren abiaduraren arteko erlazioa adierazten du. Errefrakzio-indizea bereziki interesgarria da disolbatzaile eutektiko sakon naturalentzat (NADES), biosentsoreak bezalako aplikazio optikoki sentikorrak kontuan hartuta. Aztertutako NADESaren errefrakzio-indizea 25 °C-tan 1,452 izan zen, eta hori, interesgarria da, glizerolarena baino txikiagoa dela.
Azpimarratzekoa da NADESen errefrakzio-indizea tenperaturarekin gutxitzen dela, eta joera hori zehaztasunez deskriba daitekeela (1) formula eta 3. irudiaren bidez, batez besteko ehuneko errore absolutua (AMPE) % 0ra iritsiz. Tenperaturaren araberako portaera hau biskositatearen eta dentsitatearen jaitsieraren bidez azaltzen da tenperatura altuetan, argia abiadura handiagoan bidaiatzea eraginez ingurunean zehar, eta ondorioz errefrakzio-indizearen (n) balio txikiagoa izatea. Emaitza hauek informazio baliotsua ematen dute NADESen erabilera estrategikoari buruz sentsore optikoan, biosentsoreen aplikazioetarako duten potentziala azpimarratuz.
Gainazaleko tentsioa, likido baten gainazalak bere azalera minimizatzeko duen joera islatzen duena, oso garrantzitsua da disolbatzaile eutektiko sakon naturalen (NADES) egokitasuna ebaluatzeko presio kapilarrean oinarritutako aplikazioetarako. 25-60 °C-ko tenperatura-tartean gainazaleko tentsioaren azterketa batek informazio baliotsua eskaintzen du. 25 °C-tan, azido zitrikoan oinarritutako NADESen gainazaleko tentsioa 55,42 mN/m zen, hau da, ura eta glizerina baino nabarmen txikiagoa. 4. irudiak erakusten du gainazaleko tentsioa nabarmen gutxitzen dela tenperatura handitzen den heinean. Fenomeno hau molekula-energia zinetikoa handitzeak eta ondorioz molekulen arteko erakarpen-indarren gutxitzeak azal dezake.
Aztertutako NADESean behatutako gainazal-tentsioaren beheranzko joera lineala ondo adieraz daiteke (2) ekuazioaren bidez, zeinak 25-60 °C-ko tenperatura-tarteko oinarrizko erlazio matematikoa ilustratzen duen. 4. irudiko grafikoak argi erakusten du gainazal-tentsioaren joera tenperaturarekiko, % 1,4ko batez besteko errore ehuneko absolutuarekin (AMPE), eta horrek jakinarazitako gainazal-tentsioaren balioen zehaztasuna kuantifikatzen du. Emaitza hauek ondorio garrantzitsuak dituzte NADESen portaera eta bere aplikazio potentzialak ulertzeko.
Disolbatzaile eutektiko sakon naturalen (NADES) dentsitate-dinamika ulertzea ezinbestekoa da hainbat ikerketa zientifikotan haien aplikazioa errazteko. Azido zitrikoan oinarritutako NADESen dentsitatea 25 °C-tan 1,361 g/cm3 da, jatorrizko glizerolaren dentsitatea baino handiagoa. Desberdintasun hau glizerolari hidrogeno-lotura hartzaile bat (azido zitrikoa) gehitzeagatik azal daiteke.
Adibide gisa zitratoan oinarritutako NADESa hartuta, bere dentsitatea 1,19 g/cm3-ra jaisten da 60 °C-tan. Berotzean energia zinetikoa handitzeak NADES molekulak sakabanatzea eragiten du, bolumen handiagoa hartzea eraginez, eta ondorioz dentsitatea gutxitzea. Behatutako dentsitate-gutxitzeak tenperaturaren igoerarekin korrelazio lineal jakin bat erakusten du, (3) formula erabiliz behar bezala adieraz daitekeena. 5. irudiak NADESen dentsitate-aldaketaren ezaugarri hauek grafikoki aurkezten ditu % 1,12ko batez besteko errore ehuneko absolutuarekin (AMPE), eta horrek jakinarazitako dentsitate-balioen zehaztasunaren neurri kuantitatiboa ematen du.
Biskositatea mugimenduan dagoen likido baten geruza desberdinen arteko erakarpen-indarra da eta funtsezko zeregina du disolbatzaile eutektiko sakon naturalen (NADES) aplikazioa hainbat aplikaziotan ulertzeko. 25 °C-tan, NADESen biskositatea 951 cP-koa zen, glizerolarena baino handiagoa.
Tenperatura handitzean biskositatea gutxitzea batez ere molekulen arteko erakarpen-indarren ahultzearen ondorioz gertatzen da. Fenomeno honek fluidoaren biskositatea gutxitzea dakar, 6. irudian argi erakusten den eta (4) ekuazioak kuantifikatzen duen joera. Aipagarria da, 60 °C-tan, biskositatea 898 cP-ra jaisten dela, % 1,4ko batez besteko errore ehunekoarekin (AMPE). NADESen biskositatearen eta tenperaturaren arteko menpekotasunaren ulermen zehatza oso garrantzitsua da bere aplikazio praktikorako.
Disoluzioaren pHa, hidrogeno ioien kontzentrazioaren logaritmo negatiboak zehaztua, kritikoa da, batez ere pHarekiko sentikorrak diren aplikazioetan, hala nola DNAren sintesian, beraz, NADESen pHa arretaz aztertu behar da erabili aurretik. Azido zitrikoan oinarritutako NADES adibide gisa hartuta, 1,91eko pH azido nabarmena ikus daiteke, glizerolaren pH nahiko neutroarekin alderatuta.
Interesgarria da, azido zitriko deshidrogenasa disolbagarri naturalaren (NADES) pH-ak joera ez-lineal beheranzko joera erakutsi zuela tenperatura handitu ahala. Fenomeno hau disoluzioko H+ oreka hausten duten bibrazio molekularren igoerari egozten zaio, [H]+ ioien eraketa eta, aldi berean, pH balioaren aldaketa eraginez. Azido zitrikoaren pH naturala 3tik 5era bitartekoa den bitartean, glizerolan hidrogeno azidoaren presentziak pH-a 1,91ra jaisten du.
Zitratoan oinarritutako NADESen pH-portaera 25-60 °C-ko tenperatura-tartean (5) ekuazioaren bidez egoki irudika daiteke, eta horrek behatutako pH-joeraren adierazpen matematikoa ematen du. 7. irudiak erlazio interesgarri hau grafikoki erakusten du, tenperaturak NADESen pH-an duen eragina azpimarratuz, AMPErentzat % 1,4koa dela jakinarazi baita.
Azido zitriko naturalaren disolbatzaile eutektiko sakonaren (NADES) analisi termograbimetrikoa (TGA) sistematikoki egin zen giro-tenperaturatik 500 °C-ra bitarteko tenperatura-tartean. 8a eta b irudietan ikus daitekeen bezala, 100 °C-rainoko hasierako masa-galera batez ere xurgatutako urari eta azido zitrikoarekin eta glizerol puruarekin lotutako hidratazio-urari zor zitzaion. % 88 inguruko masa-atxikipen esanguratsua ikusi zen 180 °C-raino, batez ere azido zitrikoaren deskonposizioari eta ondorengo metilmaleiko anhidrido(III)aren eraketari zor zitzaiona berotze gehiago egitean (8b irudia). 180 °C-tik gora, akroleinaren (akrilaldehidoaren) itxura argia ere ikus zitekeen glizerolan, 8b37 irudian erakusten den bezala.
Glizerolaren analisi termograbimetrikoak (TGA) bi faseko masa-galera prozesu bat agerian utzi zuen. Hasierako fasean (180 eta 220 °C artean) akroleina eratzen da, eta ondoren masa-galera nabarmena gertatzen da 230 eta 300 °C arteko tenperatura altuetan (8a irudia). Tenperatura igotzen den heinean, azetaldehidoa, karbono dioxidoa, metanoa eta hidrogenoa sekuentzialki sortzen dira. Aipagarria da masaren % 28 baino ez zela mantendu 300 °C-tan, eta horrek iradokitzen du NADES 8(a)38,39-ren berezko propietateak akastunak izan daitezkeela.
Lotura kimiko berrien eraketari buruzko informazioa lortzeko, disolbatzaile eutektiko sakon naturalen (NADES) esekidura freskoak Fourier transformazioko infragorri espektroskopia (FTIR) bidez aztertu ziren. Azterketa NADES esekiduraren espektroa azido zitriko puruaren (CA) eta glizerolaren (Gly) espektroekin alderatuz egin zen. CA espektroak gailur garbiak erakutsi zituen 1752 1/cm-tan eta 1673 1/cm-tan, C=O loturaren luzapen bibrazioak adierazten dituztenak eta CAren ezaugarriak direnak ere. Horrez gain, OH tolestura bibrazioan aldaketa nabarmena ikusi zen 1360 1/cm-tan hatz-marken eskualdean, 9. irudian erakusten den bezala.
Era berean, glizerolaren kasuan, OH luzapen eta tolestura bibrazioen aldaketak 3291 1/cm eta 1414 1/cm uhin-zenbakietan aurkitu ziren, hurrenez hurren. Orain, prestatutako NADESen espektroa aztertuz, espektroan aldaketa esanguratsu bat aurkitu zen. 7. irudian erakusten den bezala, C=O loturaren luzapen bibrazioa 1752 1/cm-tik 1720 1/cm-ra aldatu zen eta glizerolaren -OH loturaren tolestura bibrazioa 1414 1/cm-tik 1359 1/cm-ra. Uhin-zenbakien aldaketa hauek elektronegatibotasunaren aldaketa adierazten dute, eta horrek NADESen egituran lotura kimiko berrien eraketa adierazten du.