nature.com saytiga tashrif buyurganingiz uchun tashakkur. Siz foydalanayotgan brauzer versiyasida CSS qo'llab-quvvatlashi cheklangan. Eng yaxshi tajriba uchun biz brauzerning eng so'nggi versiyasidan foydalanishni (yoki Internet Explorer-da moslik rejimini o'chirib qo'yishni) tavsiya qilamiz. Bundan tashqari, doimiy qo'llab-quvvatlashni ta'minlash uchun ushbu saytda uslublar yoki JavaScript bo'lmaydi.
Slanetsning cho'kindi qatlamlarida kengayishi jiddiy muammolarni keltirib chiqaradi va bu quduq tubining beqarorligiga olib keladi. Atrof-muhit sabablariga ko'ra, neftga asoslangan burg'ulash suyuqligiga qaraganda, slanets ingibitorlari qo'shilgan suvga asoslangan burg'ulash suyuqligidan foydalanish afzalroqdir. Ion suyuqliklari (IL) sozlanishi xususiyatlari va kuchli elektrostatik xususiyatlari tufayli slanets ingibitorlari sifatida katta e'tiborni tortdi. Biroq, burg'ulash suyuqliklarida keng qo'llaniladigan imidazolil asosidagi ion suyuqliklari (IL) zaharli, biologik parchalanmaydigan va qimmat ekanligi isbotlangan. Chuqur evtektik erituvchilar (DES) ion suyuqliklariga nisbatan tejamkorroq va kamroq toksik alternativa hisoblanadi, ammo ular hali ham zarur ekologik barqarorlikka ega emas. Ushbu sohadagi so'nggi yutuqlar haqiqiy ekologik tozaligi bilan mashhur bo'lgan tabiiy chuqur evtektik erituvchilarning (NADES) joriy etilishiga olib keldi. Ushbu tadqiqotda burg'ulash suyuqligi qo'shimchalari sifatida limon kislotasi (vodorod bog'lanishini qabul qiluvchi sifatida) va glitserin (vodorod bog'lanishini qabul qiluvchi sifatida) bo'lgan NADESlar o'rganildi. NADES asosidagi burg'ulash suyuqliklari API 13B-1 ga muvofiq ishlab chiqilgan va ularning ishlashi kaliy xlorid asosidagi burg'ulash suyuqliklari, imidazolium asosidagi ion suyuqliklari va xolin xlorid: karbamid-DES asosidagi burg'ulash suyuqliklari bilan taqqoslangan. Xususiy NADESlarning fizik-kimyoviy xususiyatlari batafsil tavsiflangan. Tadqiqot davomida burg'ulash suyuqligining reologik xususiyatlari, suyuqlik yo'qotilishi va slanetsni inhibe qilish xususiyatlari baholandi va 3% NADES konsentratsiyasida hosil kuchlanishi/plastik yopishqoqlik nisbati (YP/PV) oshgani, loy keki qalinligi 26% ga kamaygani va filtrat hajmi 30,1% ga kamaygani ko'rsatildi. Shunisi e'tiborga loyiqki, NADES 49,14% ga ta'sirchan kengayish inhibisyon darajasiga erishdi va slanets ishlab chiqarishni 86,36% ga oshirdi. Bu natijalar NADESning gillarning sirt faolligini, zeta potensialini va qatlamlararo oralig'ini o'zgartirish qobiliyatiga bog'liq bo'lib, ular ushbu maqolada asosiy mexanizmlarni tushunish uchun muhokama qilinadi. Ushbu barqaror burg'ulash suyuqligi an'anaviy slanets korroziyasi ingibitorlariga zaharli bo'lmagan, tejamkor va yuqori samarali alternativa taqdim etish orqali burg'ulash sanoatida inqilob qilishi va ekologik toza burg'ulash amaliyotlariga yo'l ochishi kutilmoqda.
Slanets uglevodorodlarning manbai va ombori bo'lib xizmat qiladigan ko'p qirrali tog 'jinsidir va uning g'ovakli tuzilishi1 ushbu qimmatli resurslarni ishlab chiqarish va saqlash uchun imkoniyat yaratadi. Biroq, slanets montmorillonit, smektit, kaolinit va illit kabi loy minerallariga boy bo'lib, ular suvga duchor bo'lganda shishib ketishga moyil bo'ladi, bu esa burg'ulash ishlari paytida quduq qudug'ining beqarorligiga olib keladi2,3. Bu muammolar unumdor bo'lmagan vaqtga (NPT) va quvurlarning tiqilib qolishi, loy aylanishining yo'qolishi, quduq qudug'ining qulashi va burg'ulash kabi ko'plab operatsion muammolarga olib kelishi mumkin, bu esa tiklanish vaqti va narxini oshiradi. An'anaga ko'ra, neftga asoslangan burg'ulash suyuqliklari (OBDF) slanets kengayishiga qarshi turish qobiliyati tufayli slanets shakllanishi uchun afzal ko'rilgan tanlov bo'lib kelgan4. Biroq, neftga asoslangan burg'ulash suyuqliklaridan foydalanish yuqori xarajatlar va ekologik xavflarni keltirib chiqaradi. Sintetik burg'ulash suyuqliklari (SBDF) alternativa sifatida ko'rib chiqilgan, ammo ularning yuqori haroratlarda yaroqliligi qoniqarli emas. Suvga asoslangan burg'ulash suyuqliklari (WBDF) jozibador yechimdir, chunki ular OBDF5 ga qaraganda xavfsizroq, ekologik jihatdan toza va tejamkorroqdir. WBDF ning slanetsni inhibe qilish qobiliyatini oshirish uchun turli xil slanets ingibitorlari, jumladan, kaliy xlorid, ohak, silikat va polimer kabi an'anaviy ingibitorlar qo'llanilgan. Biroq, bu ingibitorlar, ayniqsa kaliy xlorid ingibitorlaridagi yuqori K+ konsentratsiyasi va silikatlarning pH sezgirligi tufayli samaradorlik va atrof-muhitga ta'siri jihatidan cheklovlarga ega. 6 Tadqiqotchilar burg'ulash suyuqligi reologiyasini yaxshilash va slanetsning shishishi va gidrat hosil bo'lishining oldini olish uchun ionli suyuqliklarni burg'ulash suyuqligi qo'shimchalari sifatida ishlatish imkoniyatlarini o'rganishdi. Biroq, bu ionli suyuqliklar, ayniqsa imidazolil kationlarini o'z ichiga olganlar, odatda zaharli, qimmat, biologik parchalanmaydi va murakkab tayyorlash jarayonlarini talab qiladi. Ushbu muammolarni hal qilish uchun odamlar yanada tejamkor va ekologik toza alternativni izlay boshladilar, bu esa chuqur evtektik erituvchilarning (DES) paydo bo'lishiga olib keldi. DES - bu vodorod bog'lanish donori (HBD) va vodorod bog'lanish akseptori (HBA) tomonidan ma'lum bir molyar nisbat va haroratda hosil bo'lgan evtektik aralashma. Bu evtektik aralashmalar, asosan, vodorod bog'lanishlari natijasida yuzaga keladigan zaryad delokalizatsiyasi tufayli, alohida komponentlariga qaraganda pastroq erish nuqtalariga ega. DES ning erish nuqtasini pasaytirishda ko'plab omillar, jumladan, panjara energiyasi, entropiyaning o'zgarishi va anionlar va HBD o'rtasidagi o'zaro ta'sirlar muhim rol o'ynaydi.
Avvalgi tadqiqotlarda slanets kengayish muammosini hal qilish uchun suvga asoslangan burg'ulash suyuqligiga turli xil qo'shimchalar qo'shilgan. Masalan, Ofei va boshqalar 1-butil-3-metilimidazolium xlorid (BMIM-Cl) qo'shdilar, bu esa loy kekining qalinligini sezilarli darajada kamaytirdi (50% gacha) va YP/PV qiymatini turli haroratlarda 11 ga kamaytirdi. Huang va boshqalar ion suyuqliklarini (xususan, 1-geksil-3-metilimidazolium bromid va 1,2-bis(3-geksilimidazol-1-il)etan bromid) Na-Bt zarralari bilan birgalikda ishlatdilar va slanetsning shishishini mos ravishda 86,43% va 94,17% ga sezilarli darajada kamaytirdilar12. Bundan tashqari, Yang va boshqalar slanetsning shishishini mos ravishda 16,91% va 5,81% ga kamaytirish uchun 1-vinil-3-dodetsilimidazolium bromid va 1-vinil-3-tetradetsilimidazolium bromiddan foydalandilar. 13 Yang va boshqalar. shuningdek, 1-vinil-3-etilimidazolium bromiddan foydalanilgan va slanetsning kengayishini 31,62% ga kamaytirgan, shu bilan birga slanetsning tiklanishini 40,60% da saqlab qolgan.14 Bundan tashqari, Luo va boshqalar slanetsning shishishini 80% ga kamaytirish uchun 1-oktil-3-metilimidazolium tetrafloroboratdan foydalanganlar.15,16 Dai va boshqalar slanetsni inhibe qilish uchun ionli suyuq kopolimerlardan foydalanganlar va amin ingibitorlariga nisbatan chiziqli tiklanishda 18% ga o'sishga erishdilar.17
Ion suyuqliklarining o'zida ba'zi kamchiliklar mavjud, bu esa olimlarni ion suyuqliklariga ekologik jihatdan toza alternativalarni izlashga undadi va shu tariqa DES paydo bo'ldi. Hanjia birinchi bo'lib vinil xlorid propion kislotasi (1:1), vinil xlorid 3-fenilpropion kislotasi (1:2) va 3-merkaptopropion kislotasi + itakon kislotasi + vinil xlorid (1:1:2) dan iborat chuqur evtektik erituvchilarni (DES) ishlatdi, bu esa bentonitning shishishini mos ravishda 68%, 58% va 58% ga inhibe qildi18. Erkin tajribada MH Rasul glitserin va kaliy karbonat (DES) ning 2:1 nisbatidan foydalandi va slanets namunalarining shishishini 87% ga sezilarli darajada kamaytirdi19,20. Ma slanetsning kengayishini 67% ga sezilarli darajada kamaytirish uchun karbamid:vinil xloriddan foydalandi.21 Rasul va boshqalar. DES va polimerning kombinatsiyasi ikki tomonlama ta'sirga ega slanets inhibitori sifatida ishlatilgan, bu esa ajoyib slanets inhibisyon effektiga erishdi22.
Chuqur evtektik erituvchilar (DES) odatda ionli suyuqliklarga nisbatan ekologik toza alternativa deb hisoblansa-da, ular tarkibida ammoniy tuzlari kabi potentsial zaharli komponentlar ham mavjud bo'lib, bu ularning ekologik xavfsizligini shubha ostiga qo'yadi. Bu muammo tabiiy chuqur evtektik erituvchilarning (NADES) rivojlanishiga olib keldi. Ular hali ham DES sifatida tasniflanadi, ammo ular kaliy xlorid (KCl), kaltsiy xlorid (CaCl2), Epsom tuzlari (MgSO4.7H2O) va boshqalar kabi tabiiy moddalar va tuzlardan iborat. DES va NADESning ko'plab potentsial kombinatsiyalari bu sohada tadqiqotlar uchun keng ko'lamni ochadi va turli sohalarda qo'llanilishini kutmoqda. Bir nechta tadqiqotchilar turli xil qo'llanmalarda samarali ekanligi isbotlangan yangi DES kombinatsiyalarini muvaffaqiyatli ishlab chiqdilar. Masalan, Naser va boshqalar 2013-yilda kaliy karbonat asosidagi DESni sintez qilishdi va uning termofizik xususiyatlarini o'rganishdi, keyinchalik ular gidrat inhibisyoni, burg'ulash suyuqligi qo'shimchalari, delignifikatsiya va nanofibrilatsiya sohalarida qo'llanilishini topdilar. 23 Jordy Kim va hamkasblari askorbin kislota asosidagi NADES ni ishlab chiqdilar va uning antioksidant xususiyatlarini turli xil qo'llanmalarda baholadilar. 24 Christer va boshqalar limon kislotasi asosidagi NADES ni ishlab chiqdilar va uning kollagen mahsulotlari uchun qo'shimcha modda sifatidagi potentsialini aniqladilar. 25 Liu Yi va hamkasblari NADES ning ekstraksiya va xromatografiya vositasi sifatida qo'llanilishini keng qamrovli sharhda umumlashtirdilar, Misan va boshqalar esa NADES ning qishloq xo'jaligi-oziq-ovqat sektorida muvaffaqiyatli qo'llanilishini muhokama qilishdi. Burg'ulash suyuqligi tadqiqotchilari o'z qo'llanmalarida NADES ning samaradorligiga e'tibor berishni boshlashlari juda muhim. yaqinda. 2023-yilda Rasul va boshqalar askorbin kislotasi26, kaltsiy xlorid27, kaliy xlorid28 va Epsom tuzi29 asosida tabiiy chuqur evtektik erituvchilarning turli kombinatsiyalaridan foydalanganlar va ta'sirchan slanets inhibisyonu va slanetsni qayta tiklashga erishdilar. Ushbu tadqiqot NADESni (ayniqsa, limon kislotasi va glitserin asosidagi formulani) suvga asoslangan burg'ulash suyuqliklarida ekologik toza va samarali slanets inhibitori sifatida joriy etgan birinchi tadqiqotlardan biri bo'lib, u KCl, imidazolil asosidagi ion suyuqliklari va an'anaviy DES kabi an'anaviy inhibitorlarga nisbatan ajoyib ekologik barqarorlik, slanets inhibisyon qobiliyatining yaxshilanishi va suyuqlik samaradorligining yaxshilanishi bilan ajralib turadi.
Tadqiqot limon kislotasi (CA) asosidagi NADESni ichki tayyorlashni, so'ngra batafsil fizik-kimyoviy tavsiflashni va burg'ulash suyuqligining xususiyatlarini va uning shishishini inhibe qilish qobiliyatini baholash uchun burg'ulash suyuqligi qo'shimchasi sifatida foydalanishni o'z ichiga oladi. Ushbu tadqiqotda CA vodorod bog'lanishini qabul qiluvchi sifatida ishlaydi, glitserin (Gly) esa slanets inhibisyon tadqiqotlarida NADES hosil bo'lishi/tanlanishi uchun MH skrining mezonlari asosida tanlangan vodorod bog'lanishi donori sifatida ishlaydi30. Furye transformatsiyali infraqizil spektroskopiyasi (FTIR), rentgen difraksiyasi (XRD) va zeta potensiali (ZP) o'lchovlari NADES-loy o'zaro ta'sirini va loyning shishishini inhibe qilish mexanizmini aniqlaydi. Bundan tashqari, ushbu tadqiqotda CA NADES asosidagi burg'ulash suyuqligi slanets inhibisyonidagi samaradorligini o'rganish va burg'ulash suyuqligi samaradorligini oshirish uchun 1-etil-3-metilimidazolium xlorid [EMIM]Cl7,12,14,17,31, KCl va xolin xlorid:karbamid (1:2) asosidagi DES32 bilan taqqoslanadi.
Limon kislotasi (monogidrat), glitserin (99 USP) va karbamid Malayziyaning Kuala-Lumpur shahridagi EvaChem kompaniyasidan sotib olindi. Xolin xlorid (>98%), [EMIM]Cl 98% va kaliy xlorid Malayziyaning Sigma Aldrich kompaniyasidan sotib olindi. Barcha kimyoviy moddalarning kimyoviy tuzilishi 1-rasmda ko'rsatilgan. Yashil diagrammada ushbu tadqiqotda ishlatilgan asosiy kimyoviy moddalar taqqoslanadi: imidazolil ionli suyuqlik, xolin xlorid (DES), limon kislotasi, glitserin, kaliy xlorid va NADES (limon kislotasi va glitserin). Ushbu tadqiqotda ishlatilgan kimyoviy moddalarning ekologik tozalik jadvali 1-jadvalda keltirilgan. Jadvalda har bir kimyoviy modda toksiklik, biologik parchalanish, narx va ekologik barqarorlik asosida baholanadi.
Ushbu tadqiqotda ishlatilgan materiallarning kimyoviy tuzilishi: (a) limon kislotasi, (b) [EMIM]Cl, (c) xolin xlorid va (d) glitserin.
CA (tabiiy chuqur evtektik erituvchi) asosidagi NADES ni ishlab chiqish uchun vodorod bog'lanish donori (HBD) va vodorod bog'lanish akseptori (HBA) nomzodlari samarali slanets ingibitorlari sifatida NADES ni ishlab chiqish uchun mo'ljallangan MH 30 tanlov mezonlariga muvofiq sinchkovlik bilan tanlab olindi. Ushbu mezonga ko'ra, ko'p sonli vodorod bog'lanish donorlari va akseptorlariga, shuningdek, qutb funktsional guruhlariga ega komponentlar NADES ni ishlab chiqish uchun mos deb hisoblanadi.
Bundan tashqari, ushbu tadqiqotda taqqoslash uchun ionli suyuqlik [EMIM]Cl va xolin xlorid: karbamid chuqur evtektik erituvchi (DES) tanlandi, chunki ular burg'ulash suyuqligi qo'shimchalari sifatida keng qo'llaniladi33,34,35,36. Bundan tashqari, kaliy xlorid (KCl) keng tarqalgan ingibitor bo'lgani uchun taqqoslandi.
Evtektik aralashmalarni olish uchun limon kislotasi va glitserin turli molyar nisbatlarda aralashtirildi. Vizual tekshirish shuni ko'rsatdiki, evtektik aralashma loyqalanmagan bir hil, shaffof suyuqlik bo'lib, bu vodorod bog'lanish donori (HBD) va vodorod bog'lanish akseptori (HBA) ushbu evtektik tarkibda muvaffaqiyatli aralashtirilganligini ko'rsatadi. HBD va HBA aralashtirish jarayonining haroratga bog'liqligini kuzatish uchun dastlabki tajribalar o'tkazildi. Mavjud adabiyotlarga ko'ra, evtektik aralashmalarning nisbati 50 °C, 70 °C va 100 °C dan yuqori uchta maxsus haroratda baholandi, bu evtektik harorat odatda 50–80 °C oralig'ida ekanligini ko'rsatadi. HBD va HBA komponentlarini aniq tortish uchun Mettler raqamli tarozi ishlatilgan va HBD va HBA ni nazorat ostida 100 rpm tezlikda qizdirish va aralashtirish uchun Thermo Fisher issiq plitasi ishlatilgan.
Sintezlangan chuqur evtektik erituvchimizning (DES) termofizik xususiyatlari, jumladan, zichlik, sirt tarangligi, sinish ko'rsatkichi va yopishqoqlik 289,15 dan 333,15 K gacha bo'lgan harorat oralig'ida aniq o'lchandi. Shuni ta'kidlash kerakki, bu harorat oralig'i asosan mavjud uskunalarning cheklovlari tufayli tanlangan. Keng qamrovli tahlil ushbu NADES formulasining turli termofizik xususiyatlarini chuqur o'rganishni o'z ichiga oldi va ularning turli harorat oralig'idagi xatti-harakatlarini ochib berdi. Ushbu aniq harorat oralig'iga e'tibor qaratish NADESning bir qator ilovalar uchun alohida ahamiyatga ega bo'lgan xususiyatlari haqida tushuncha beradi.
Tayyorlangan NADES ning sirt tarangligi 289,15 dan 333,15 K gacha bo'lgan diapazonda sirt tarangligi o'lchagichi (IFT700) yordamida o'lchandi. NADES tomchilari ma'lum bir harorat va bosim sharoitida kapillyar igna yordamida katta hajmdagi suyuqlik bilan to'ldirilgan kamerada hosil bo'ladi. Zamonaviy tasvirlash tizimlari Laplas tenglamasidan foydalanib sirt tarangligini hisoblash uchun tegishli geometrik parametrlarni joriy etadi.
ATAGO refraktometri yangi tayyorlangan NADES ning sinish ko'rsatkichini 289,15 dan 333,15 K gacha bo'lgan harorat oralig'ida aniqlash uchun ishlatilgan. Asbob yorug'likning sinish darajasini baholash uchun haroratni tartibga solish uchun termal moduldan foydalanadi, bu esa doimiy haroratli suv hammomiga ehtiyojni yo'q qiladi. Refraktometrning prizma yuzasi tozalanishi va namunaviy eritma uning ustiga teng taqsimlanishi kerak. Ma'lum standart eritma bilan kalibrlang va keyin ekrandan sinish ko'rsatkichini o'qing.
Tayyorlangan NADES ning yopishqoqligi 289,15 dan 333,15 K gacha bo'lgan harorat oralig'ida Brookfield aylanish viskozimetri (kriogen tipdagi) yordamida 30 rpm kesish tezligida va shpindel o'lchami 6 ga teng bo'lgan holda o'lchandi. Viskozimetr suyuqlik namunasida shpindelni doimiy tezlikda aylantirish uchun zarur bo'lgan momentni aniqlash orqali yopishqoqlikni o'lchaydi. Namuna shpindel ostidagi ekranga qo'yilgandan va mahkamlangandan so'ng, viskozimetr yopishqoqlikni santipoiza (cP) da ko'rsatadi va bu suyuqlikning reologik xususiyatlari haqida qimmatli ma'lumotlarni taqdim etadi.
289,15–333,15 K harorat oralig'ida yangi tayyorlangan tabiiy chuqur evtektik erituvchining (NDEES) zichligini aniqlash uchun DMA 35 Basic ko'chma zichlik o'lchagichi ishlatilgan. Qurilmada o'rnatilgan isitgich yo'qligi sababli, NADES zichlik o'lchagichidan foydalanishdan oldin uni belgilangan haroratgacha (± 2 °C) qizdirish kerak. Naycha orqali kamida 2 ml namunani oling, shunda zichlik darhol ekranda ko'rsatiladi. Shuni ta'kidlash kerakki, o'rnatilgan isitgich yo'qligi sababli o'lchov natijalarida ± 2 °C xatolik mavjud.
Yangi tayyorlangan NADES ning pH qiymatini 289.15–333.15 K harorat oralig'ida baholash uchun biz Kenis stol usti pH o'lchagichidan foydalandik. O'rnatilgan isitish moslamasi yo'qligi sababli, NADES avval qizdirgich yordamida kerakli haroratgacha (±2 °C) qizdirildi va keyin to'g'ridan-to'g'ri pH o'lchagich bilan o'lchandi. pH o'lchagich zondini NADES ga to'liq botiring va ko'rsatkich barqarorlashgandan so'ng yakuniy qiymatni yozib oling.
Tabiiy chuqur evtektik erituvchilarning (NADES) termal barqarorligini baholash uchun termogravimetrik tahlil (TGA) qo'llanildi. Namunalar qizdirish jarayonida tahlil qilindi. Yuqori aniqlikdagi balans yordamida va qizdirish jarayonini diqqat bilan kuzatib, massa yo'qotilishi va haroratning o'zaro bog'liqligi grafigi yaratildi. NADES 0 dan 500 °C gacha daqiqasiga 1 °C tezlikda qizdirildi.
Jarayonni boshlash uchun NADES namunasi yaxshilab aralashtirilishi, gomogenlashtirilishi va sirt namligi olib tashlanishi kerak. Keyin tayyorlangan namuna odatda alyuminiy kabi inert materialdan tayyorlangan TGA kyuvetiga joylashtiriladi. Aniq natijalarga erishish uchun TGA asboblari odatda og'irlik standartlari bo'lgan mos yozuvlar materiallari yordamida kalibrlanadi. Kalibrlangandan so'ng, TGA tajribasi boshlanadi va namuna odatda doimiy tezlikda boshqariladigan tarzda qizdiriladi. Namuna og'irligi va harorat o'rtasidagi bog'liqlikni doimiy ravishda kuzatib borish tajribaning asosiy qismidir. TGA asboblari harorat, og'irlik va gaz oqimi yoki namuna harorati kabi boshqa parametrlar bo'yicha ma'lumotlarni to'playdi. TGA tajribasi tugagandan so'ng, to'plangan ma'lumotlar namuna og'irligining o'zgarishini harorat funksiyasi sifatida aniqlash uchun tahlil qilinadi. Ushbu ma'lumot namunadagi fizik va kimyoviy o'zgarishlar bilan bog'liq harorat diapazonlarini, jumladan, erish, bug'lanish, oksidlanish yoki parchalanish kabi jarayonlarni aniqlashda qimmatlidir.
Suvga asoslangan burg'ulash suyuqligi API 13B-1 standartiga muvofiq ehtiyotkorlik bilan formuladan o'tkazildi va uning o'ziga xos tarkibi ma'lumot uchun 2-jadvalda keltirilgan. Tabiiy chuqur evtektik erituvchini (NADES) tayyorlash uchun Malayziyaning Sigma Aldrich kompaniyasidan limon kislotasi va glitserin (99 USP) sotib olindi. Bundan tashqari, an'anaviy slanets inhibitori kaliy xlorid (KCl) ham Malayziyaning Sigma Aldrich kompaniyasidan sotib olindi. 98% dan ortiq tozalikka ega 1-etil, 3-metilimidazolium xlorid ([EMIM]Cl) burg'ulash suyuqligining reologiyasini va slanets inhibisyonini yaxshilashdagi sezilarli ta'siri tufayli tanlandi, bu avvalgi tadqiqotlarda tasdiqlangan. NADES ning slanets inhibisyon samaradorligini baholash uchun qiyosiy tahlilda KCl va ([EMIM]Cl) ishlatiladi.
Ko'pgina tadqiqotchilar slanetsning shishishini o'rganish uchun bentonit parchalaridan foydalanishni afzal ko'rishadi, chunki bentonit tarkibida slanetsning shishishiga olib keladigan bir xil "montmorillonit" guruhi mavjud. Haqiqiy slanets yadro namunalarini olish qiyin, chunki yadrolash jarayoni slanetsni beqarorlashtiradi, natijada butunlay slanets bo'lmagan, lekin odatda qumtosh va ohaktosh qatlamlari aralashmasidan iborat namunalar paydo bo'ladi. Bundan tashqari, slanets namunalarida odatda slanetsning shishishiga olib keladigan montmorillonit guruhlari yo'q va shuning uchun shishishning oldini olish tajribalari uchun yaroqsiz.
Ushbu tadqiqotda biz diametri taxminan 2,54 sm bo'lgan qayta tiklangan bentonit zarralaridan foydalandik. Granulalar gidravlik pressda 1600 psi bosimda 11,5 gramm natriy bentonit kukuni presslash orqali tayyorlandi. Granulalarning qalinligi chiziqli dilatometrga (LD) joylashtirishdan oldin aniq o'lchandi. Keyin zarrachalar burg'ulash suyuqligi namunalariga, jumladan, asos namunalariga va slanetsning shishishini oldini olish uchun ishlatiladigan ingibitorlar bilan yuborilgan namunalarga botirildi. Keyin granula qalinligining o'zgarishi LD yordamida diqqat bilan kuzatildi, o'lchovlar 24 soat davomida 60 soniya oralig'ida qayd etildi.
Rentgen difraksiyasi shuni ko'rsatdiki, bentonitning tarkibi, ayniqsa uning 47% montmorillonit komponenti, uning geologik xususiyatlarini tushunishda asosiy omil hisoblanadi. Bentonitning montmorillonit komponentlari orasida montmorillonit asosiy komponent bo'lib, umumiy komponentlarning 88,6% ni tashkil qiladi. Shu bilan birga, kvarts 29%, illit 7% va karbonat 9% ni tashkil qiladi. Kichik bir qismi (taxminan 3,2%) illit va montmorillonit aralashmasidir. Bundan tashqari, u Fe2O3 (4,7%), kumush alyuminosilikat (1,2%), muskovit (4%) va fosfat (2,3%) kabi iz elementlarni o'z ichiga oladi. Bundan tashqari, oz miqdorda Na2O (1,83%) va temir silikat (2,17%) mavjud bo'lib, bu bentonitning tarkibiy elementlarini va ularning tegishli nisbatlarini to'liq baholash imkonini beradi.
Ushbu keng qamrovli tadqiqot bo'limida tabiiy chuqur evtektik erituvchi (NADES) yordamida tayyorlangan va turli konsentratsiyalarda (1%, 3% va 5%) burg'ulash suyuqligi qo'shimchasi sifatida ishlatiladigan burg'ulash suyuqligi namunalarining reologik va filtrlash xususiyatlari batafsil bayon etilgan. Keyin NADES asosidagi shlam namunalari kaliy xlorid (KCl), CC: mochevina DES (xolin xlorid chuqur evtektik erituvchi: mochevina) va ion suyuqliklaridan tashkil topgan shlam namunalari bilan taqqoslandi va tahlil qilindi. Ushbu tadqiqotda bir qator asosiy parametrlar, jumladan, 100°C va 150°C da qarish sharoitlariga ta'sir qilishdan oldin va keyin FANN viskozimetri yordamida olingan yopishqoqlik ko'rsatkichlari ko'rib chiqildi. O'lchovlar turli aylanish tezliklarida (3 rpm, 6 rpm, 300 rpm va 600 rpm) amalga oshirildi, bu esa burg'ulash suyuqligining xatti-harakatlarini keng qamrovli tahlil qilish imkonini berdi. Keyin olingan ma'lumotlar turli sharoitlarda suyuqlikning ishlashi haqida ma'lumot beradigan oqim nuqtasi (YP) va plastik yopishqoqlik (PV) kabi asosiy xususiyatlarni aniqlash uchun ishlatilishi mumkin. 400 psi va 150°C da (yuqori haroratli quduqlardagi odatiy haroratlar) yuqori bosimli yuqori haroratli (HPHT) filtrlash sinovlari filtrlash samaradorligini (tort qalinligi va filtrat hajmi) aniqlaydi.
Ushbu bo'limda suvga asoslangan burg'ulash suyuqliklarimizning slanetsning shishishini inhibe qilish xususiyatlarini batafsil baholash uchun eng zamonaviy uskuna - Grace HPHT chiziqli dilatometri (M4600) qo'llaniladi. LSM ikkita komponentdan iborat eng zamonaviy mashinadir: plastinka kompaktori va chiziqli dilatometr (model: M4600). Bentonit plitalari Grace Core/Plate Compactor yordamida tahlil qilish uchun tayyorlandi. Keyin LSM ushbu plitalar bo'yicha darhol shishish ma'lumotlarini taqdim etadi, bu esa slanetsning shishishini inhibe qilish xususiyatlarini har tomonlama baholash imkonini beradi. Slanetsning kengayish sinovlari atrof-muhit sharoitida, ya'ni 25°C va 1 psia haroratda o'tkazildi.
Slanets barqarorligini sinash ko'pincha slanetsni qayta tiklash sinovi, slanets cho'kishi sinovi yoki slanets dispersiyasi sinovi deb ataladigan asosiy sinovni o'z ichiga oladi. Ushbu baholashni boshlash uchun slanets qalamchalari #6 BSS ekranida ajratiladi va keyin #10 ekraniga joylashtiriladi. Keyin qalamchalar saqlash idishiga quyiladi, u yerda ular asosiy suyuqlik va NADES (Natural Deep Eutektic Erituvchi) ni o'z ichiga olgan burg'ulash loy bilan aralashtiriladi. Keyingi qadam aralashmani qizg'in issiq prokat jarayoni uchun pechga qo'yishdir, bu esa qalamchalar va loyning yaxshilab aralashtirilishini ta'minlaydi. 16 soatdan so'ng, qalamchalar slanetsning parchalanishiga imkon berish orqali pulpadan chiqariladi, natijada qalamchalar og'irligi kamayadi. Slanetsni qayta tiklash sinovi slanets qalamchalari 24 soat ichida 150°C va 1000 psi. dyuymda burg'ulash loyida ushlab turilgandan so'ng o'tkazildi.
Slanets loyining tiklanishini o'lchash uchun biz uni ingichkaroq ekran (40 mesh) orqali filtrladik, so'ngra uni suv bilan yaxshilab yuvib, nihoyat pechda quritdik. Ushbu mashaqqatli protsedura bizga tiklangan loyni asl og'irlik bilan solishtirishga imkon beradi va natijada muvaffaqiyatli tiklangan slanets loyining foizini hisoblab chiqadi. Slanets namunalarining manbai Malayziyaning Saravak shahri, Miri tumani, Niah tumanidan olingan. Dispersiya va tiklanish sinovlaridan oldin, slanets namunalari ularning loy tarkibini aniqlash va sinov uchun yaroqliligini tasdiqlash uchun batafsil rentgen difraksiyasi (XRD) tahlilidan o'tkazildi. Namunaning loy mineral tarkibi quyidagicha: illit 18%, kaolinit 31%, xlorit 22%, vermikulit 10% va slyuda 19%.
Sirt tarangligi suv kationlarining kapillyar ta'sir orqali slanets mikrog'ovaklariga kirishini boshqaruvchi asosiy omil bo'lib, ushbu bo'limda batafsil o'rganiladi. Ushbu maqolada burg'ulash suyuqliklarining kohezion xususiyatidagi sirt tarangligining roli o'rganiladi va uning burg'ulash jarayoniga, ayniqsa slanetsning inhibisyoniga muhim ta'sirini ta'kidlaydi. Biz burg'ulash suyuqligi namunalarining sirt tarangligini aniq o'lchash uchun interfeys tensiometridan (IFT700) foydalandik va slanetsning inhibisyoni kontekstida suyuqlik xatti-harakatlarining muhim jihatini ochib berdik.
Ushbu bo'limda d-qatlam oralig'i, ya'ni loydagi alyuminosilikat qatlamlari va bitta alyuminosilikat qatlami orasidagi qatlamlararo masofa batafsil muhokama qilinadi. Tahlil taqqoslash uchun 1%, 3% va 5% CA NADES ni o'z ichiga olgan nam loy namunalarini, shuningdek, 3% KCl, 3% [EMIM]Cl va 3% CC:karbamid asosidagi DES ni qamrab oldi. 40 mA va 45 kV kuchlanishda Cu-Kα nurlanishi (λ = 1.54059 Å) bilan ishlaydigan zamonaviy stol usti rentgen difraktometri (D2 Phaser) ham ho'l, ham quruq Na-Bt namunalarining rentgen difraksiya cho'qqilarini qayd etishda muhim rol o'ynadi. Bragg tenglamasini qo'llash d-qatlam oralig'ini aniq aniqlash imkonini beradi va shu bilan loyning xatti-harakati haqida qimmatli ma'lumotlarni taqdim etadi.
Ushbu bo'limda zeta potensialini aniq o'lchash uchun ilg'or Malvern Zetasizer Nano ZSP asbobidan foydalaniladi. Ushbu baholash qiyosiy tahlil uchun 1%, 3% va 5% CA NADES, shuningdek, 3% KCl, 3% [EMIM]Cl va 3% CC:karbamid asosidagi DES ni o'z ichiga olgan suyultirilgan loy namunalarining zaryad xususiyatlari haqida qimmatli ma'lumotlar berdi. Ushbu natijalar kolloid birikmalarning barqarorligi va ularning suyuqliklardagi o'zaro ta'sirini tushunishimizga hissa qo'shadi.
Loy namunalari tabiiy chuqur evtektik erituvchiga (NADES) ta'sir qilishdan oldin va keyin energiya dispersli rentgen nurlari (EDX) bilan jihozlangan Zeiss Supra 55 VP dala emissiyasini skanerlash elektron mikroskopi (FESEM) yordamida tekshirildi. Tasvirlash aniqligi 500 nm, elektron nurlari energiyasi esa 30 kV va 50 kV ni tashkil etdi. FESEM loy namunalarining sirt morfologiyasi va strukturaviy xususiyatlarini yuqori aniqlikda vizualizatsiya qilish imkonini beradi. Ushbu tadqiqotning maqsadi ta'sir qilishdan oldin va keyin olingan tasvirlarni taqqoslash orqali NADESning loy namunalariga ta'siri haqida ma'lumot olish edi.
Ushbu tadqiqotda NADESning loy namunalariga mikroskopik darajada ta'sirini o'rganish uchun dala emissiyasini skanerlash elektron mikroskopiyasi (FESEM) texnologiyasi qo'llanildi. Ushbu tadqiqotning maqsadi NADESning potentsial qo'llanilishini va uning loy morfologiyasi va o'rtacha zarrachalar hajmiga ta'sirini aniqlashdan iborat bo'lib, bu ushbu sohadagi tadqiqotlar uchun qimmatli ma'lumotlarni taqdim etadi.
Ushbu tadqiqotda, eksperimental sharoitlarda o'rtacha foiz xatosining (AMPE) o'zgaruvchanligi va noaniqligini vizual ravishda tasvirlash uchun xato chiziqlari ishlatilgan. Alohida AMPE qiymatlarini chizish o'rniga (chunki AMPE qiymatlarini chizish tendentsiyalarni yashirishi va kichik o'zgarishlarni bo'rttirishi mumkin), biz xato chiziqlarini 5% qoidasi yordamida hisoblaymiz. Ushbu yondashuv har bir xato chizig'i 95% ishonch oralig'i va AMPE qiymatlarining 100% tushishi kutilgan oraliqni ifodalashini ta'minlaydi va shu bilan har bir eksperimental holat uchun ma'lumotlar taqsimotining aniqroq va ixchamroq xulosasini taqdim etadi. Shunday qilib, 5% qoidasiga asoslangan xato chiziqlaridan foydalanish grafik tasvirlarning talqin qilinishi va ishonchliligini yaxshilaydi va natijalar va ularning oqibatlarini batafsilroq tushunishga yordam beradi.
Tabiiy chuqur evtektik erituvchilarni (NADES) sintez qilishda, ichki tayyorlash jarayonida bir nechta asosiy parametrlar diqqat bilan o'rganildi. Bu muhim omillar harorat, molyar nisbat va aralashtirish tezligini o'z ichiga oladi. Bizning tajribalarimiz shuni ko'rsatadiki, HBA (limon kislotasi) va HBD (glitserin) 50°C da 1:4 molyar nisbatda aralashtirilganda, evtektik aralashma hosil bo'ladi. Evtektik aralashmaning ajralib turadigan xususiyati uning shaffof, bir xil ko'rinishi va cho'kindi yo'qligidir. Shunday qilib, ushbu asosiy bosqich molyar nisbat, harorat va aralashtirish tezligining ahamiyatini ta'kidlaydi, ular orasida molyar nisbat 2-rasmda ko'rsatilgandek DES va NADES tayyorlashda eng ta'sirli omil bo'lgan.
Sinish indeksi (n) vakuumdagi yorug'lik tezligining ikkinchi, zichroq muhitdagi yorug'lik tezligiga nisbatini ifodalaydi. Sinish indeksi biosensorlar kabi optik sezgir qo'llanmalarni ko'rib chiqishda tabiiy chuqur evtektik erituvchilar (NADES) uchun ayniqsa qiziqish uyg'otadi. O'rganilgan NADESning 25 °C da sinish indeksi 1,452 ni tashkil etdi, bu glitserinnikidan qiziqroq darajada past.
Shuni ta'kidlash kerakki, NADES ning sinish ko'rsatkichi harorat bilan kamayadi va bu tendentsiyani (1) formula va 3-rasm bilan aniq tasvirlash mumkin, bunda absolyut o'rtacha foiz xatosi (AMPE) 0% ga etadi. Haroratga bog'liq bo'lgan bu xatti-harakatlar yuqori haroratlarda yopishqoqlik va zichlikning pasayishi bilan izohlanadi, bu esa yorug'likning muhit orqali yuqori tezlikda o'tishiga olib keladi va natijada sinish ko'rsatkichi (n) qiymati pasayadi. Ushbu natijalar NADES ning optik sezishda strategik qo'llanilishi haqida qimmatli ma'lumotlarni beradi va ularning biosensor qo'llanilishidagi potentsialini ta'kidlaydi.
Suyuq sirtning o'z maydonini minimallashtirishga moyilligini aks ettiruvchi sirt tarangligi tabiiy chuqur evtektik erituvchilarning (NADES) kapillyar bosimga asoslangan qo'llanmalar uchun yaroqliligini baholashda katta ahamiyatga ega. 25–60 °C harorat oralig'ida sirt tarangligini o'rganish qimmatli ma'lumotlarni beradi. 25 °C da limon kislotasi asosidagi NADESning sirt tarangligi 55,42 mN/m ni tashkil etdi, bu suv va glitserinnikidan ancha past. 4-rasmda sirt tarangligi harorat oshishi bilan sezilarli darajada kamayishi ko'rsatilgan. Bu hodisani molekulyar kinetik energiyaning oshishi va keyinchalik molekulalararo jozibador kuchlarning pasayishi bilan izohlash mumkin.
O'rganilgan NADESda kuzatilgan sirt tarangligining chiziqli pasayish tendentsiyasini (2) tenglama bilan yaxshi ifodalash mumkin, bu 25–60 °C harorat oralig'idagi asosiy matematik bog'liqlikni ko'rsatadi. 4-rasmdagi grafikda harorat bilan sirt tarangligi tendentsiyasi aniq ko'rsatilgan bo'lib, absolyut o'rtacha foiz xatosi (AMPE) 1,4% ni tashkil qiladi, bu esa xabar qilingan sirt tarangligi qiymatlarining aniqligini aniqlaydi. Ushbu natijalar NADESning xatti-harakatlarini va uning potentsial qo'llanilishini tushunish uchun muhim ahamiyatga ega.
Tabiiy chuqur evtektik erituvchilarning (NADES) zichlik dinamikasini tushunish ularni ko'plab ilmiy tadqiqotlarda qo'llashni osonlashtirish uchun juda muhimdir. Limon kislotasiga asoslangan NADESning 25°C haroratdagi zichligi 1,361 g/sm3 ni tashkil qiladi, bu asl glitserin zichligidan yuqori. Bu farqni glitseringa vodorod bog'i akseptori (limon kislotasi) qo'shilishi bilan izohlash mumkin.
Misol tariqasida sitrat asosidagi NADESni olsak, uning zichligi 60°C da 1,19 g/sm3 gacha pasayadi. Qizdirilganda kinetik energiyaning oshishi NADES molekulalarining tarqalishiga olib keladi, bu ularning katta hajmni egallashiga olib keladi va natijada zichlikning pasayishiga olib keladi. Kuzatilgan zichlikning pasayishi haroratning oshishi bilan ma'lum bir chiziqli korrelyatsiyani ko'rsatadi, uni (3) formula bilan to'g'ri ifodalash mumkin. 5-rasmda NADES zichligi o'zgarishining bu xususiyatlari grafik ravishda 1,12% absolyut o'rtacha foiz xatosi (AMPE) bilan ko'rsatilgan, bu esa xabar qilingan zichlik qiymatlarining aniqligini miqdoriy o'lchov bilan ta'minlaydi.
Yopishqoqlik - bu harakatdagi suyuqlikning turli qatlamlari orasidagi tortishish kuchi bo'lib, tabiiy chuqur evtektik erituvchilarning (NADES) turli xil qo'llanilishlarda qo'llanilishini tushunishda muhim rol o'ynaydi. 25 °C da NADESning yopishqoqligi 951 cP ni tashkil etdi, bu glitserinnikidan yuqori.
Harorat oshishi bilan yopishqoqlikning pasayishi asosan molekulalararo jozibador kuchlarning zaiflashishi bilan izohlanadi. Bu hodisa suyuqlikning yopishqoqligining pasayishiga olib keladi, bu tendentsiya 6-rasmda aniq ko'rsatilgan va (4) tenglama bilan aniqlangan. Shunisi e'tiborga loyiqki, 60°C da yopishqoqlik 898 cP gacha pasayadi, umumiy o'rtacha foiz xatosi (AMPE) 1,4% ni tashkil qiladi. NADESdagi yopishqoqlik va haroratga bog'liqlikni batafsil tushunish uni amaliy qo'llash uchun juda muhimdir.
Vodorod ionlari konsentratsiyasining manfiy logarifmi bilan aniqlanadigan eritmaning pH qiymati, ayniqsa DNK sintezi kabi pHga sezgir dasturlarda juda muhim, shuning uchun NADES ning pH qiymatini ishlatishdan oldin diqqat bilan o'rganish kerak. Misol tariqasida limon kislotasiga asoslangan NADES ni olsak, 1,91 ga teng aniq kislotali pH ni kuzatish mumkin, bu glitserinning nisbatan neytral pH qiymatidan keskin farq qiladi.
Qizig'i shundaki, tabiiy limon kislotasi dehidrogenaza eruvchan erituvchisining (NADES) pH qiymati harorat oshishi bilan chiziqli bo'lmagan pasayish tendentsiyasini ko'rsatdi. Bu hodisa eritmadagi H+ muvozanatini buzadigan molekulyar tebranishlarning kuchayishi bilan bog'liq bo'lib, bu [H]+ ionlarining hosil bo'lishiga va o'z navbatida pH qiymatining o'zgarishiga olib keladi. Limon kislotasining tabiiy pH qiymati 3 dan 5 gacha bo'lsa-da, glitserin tarkibida kislotali vodorodning mavjudligi pH ni 1,91 gacha yanada pasaytiradi.
25–60 °C harorat oralig'ida sitrat asosidagi NADES ning pH xususiyatini (5) tenglama bilan mos ravishda ifodalash mumkin, bu kuzatilgan pH tendentsiyasi uchun matematik ifodani taqdim etadi. 7-rasmda bu qiziqarli bog'liqlik grafik tarzda tasvirlangan bo'lib, haroratning NADES ning pH qiymatiga ta'sirini ta'kidlaydi, bu AMPE uchun 1,4% ni tashkil qiladi.
Tabiiy limon kislotasi chuqur evtektik erituvchisining (NADES) termogravimetrik tahlili (TGA) xona haroratidan 500 °C gacha bo'lgan harorat oralig'ida tizimli ravishda o'tkazildi. 8a va b-rasmlardan ko'rinib turibdiki, 100 °C gacha bo'lgan dastlabki massa yo'qotilishi asosan so'rilgan suv va limon kislotasi va sof glitserin bilan bog'liq gidratatsiya suvi tufayli sodir bo'ldi. 180 °C gacha bo'lgan davrda massaning taxminan 88% gacha sezilarli darajada saqlanishi kuzatildi, bu asosan limon kislotasining akonit kislotasiga parchalanishi va keyinchalik keyingi qizdirilganda metilmalein angidrid(III) ning hosil bo'lishi bilan bog'liq edi (8b-rasm). 180 °C dan yuqori haroratda, 8b37-rasmda ko'rsatilganidek, glitserin tarkibida akrolein (akrilaldegid) ning aniq ko'rinishi ham kuzatilishi mumkin.
Glitserinning termogravimetrik tahlili (TGA) ikki bosqichli massa yo'qotish jarayonini aniqladi. Dastlabki bosqich (180 dan 220 °C gacha) akrolein hosil bo'lishini o'z ichiga oladi, undan keyin 230 dan 300 °C gacha bo'lgan yuqori haroratlarda sezilarli massa yo'qotilishi kuzatiladi (8a-rasm). Harorat oshishi bilan asetaldegid, karbonat angidrid, metan va vodorod ketma-ket hosil bo'ladi. Shunisi e'tiborga loyiqki, 300 °C da massaning atigi 28% saqlanib qolgan, bu NADES 8(a)38,39 ning ichki xususiyatlari nuqsonli bo'lishi mumkinligini ko'rsatadi.
Yangi kimyoviy bog'lanishlarning hosil bo'lishi haqida ma'lumot olish uchun tabiiy chuqur evtektik erituvchilarning (NADES) yangi tayyorlangan suspenziyalari Furye transform infraqizil spektroskopiyasi (FTIR) yordamida tahlil qilindi. Tahlil NADES suspenziyasining spektrini sof limon kislotasi (CA) va glitserin (Gly) spektrlari bilan taqqoslash orqali amalga oshirildi. CA spektri 1752 1/sm3 va 1673 1/sm3 da aniq cho'qqilarni ko'rsatdi, bu C=O bog'lanishining cho'zilish tebranishlarini ifodalaydi va CA uchun ham xarakterlidir. Bundan tashqari, 9-rasmda ko'rsatilganidek, barmoq izi sohasida 1360 1/sm3 da OH egilish tebranishining sezilarli siljishi kuzatildi.
Xuddi shunday, glitserin holatida, OH cho'zilish va egilish tebranishlarining siljishi mos ravishda 3291 1/sm3 va 1414 1/sm3 to'lqin sonlarida aniqlandi. Endi, tayyorlangan NADES spektrini tahlil qilish orqali spektrda sezilarli siljish aniqlandi. 7-rasmda ko'rsatilganidek, C=O bog'lanishining cho'zilish tebranishi 1752 1/sm3 dan 1720 1/sm3 ga va glitserinning -OH bog'lanishining egilish tebranishi 1414 1/sm3 dan 1359 1/sm3 ga siljidi. To'lqin sonlarining bu siljishi elektromanfiylikning o'zgarishini ko'rsatadi, bu esa NADES tuzilishida yangi kimyoviy bog'lanishlarning hosil bo'lishini ko'rsatadi.