Hatur nuhun parantos nganjang ka nature.com. Versi browser anu anjeun anggo gaduh dukungan CSS anu terbatas. Pikeun pangalaman anu pangsaéna, kami nyarankeun nganggo versi browser pangénggalna (atanapi mareuman modeu kompatibilitas dina Internet Explorer). Salaku tambahan, pikeun mastikeun dukungan anu terus-terusan, situs ieu moal ngalebetkeun gaya atanapi JavaScript.
Ékspansi serpih dina waduk klastik nyiptakeun masalah anu signifikan, anu nyababkeun ketidakstabilan sumur bor. Kusabab alesan lingkungan, panggunaan cairan pangeboran basis cai kalayan inhibitor serpih tambahan langkung dipikaresep tibatan cairan pangeboran basis minyak. Cairan ionik (IL) parantos narik seueur perhatian salaku inhibitor serpih kusabab sipatna anu tiasa diatur sareng karakteristik éléktrostatik anu kuat. Nanging, cairan ionik basis imidazolil (IL), anu seueur dianggo dina cairan pangeboran, parantos kabuktosan toksik, henteu tiasa diuraikeun sacara biologis sareng mahal. Pangleyur eutektik jero (DES) dianggap alternatif anu langkung efektif biaya sareng kirang toksik tibatan cairan ionik, tapi éta masih kirang tina kelestarian lingkungan anu diperyogikeun. Kamajuan anyar dina widang ieu parantos nyababkeun diwanohkeunana pangleyur eutektik jero alami (NADES), anu dikenal ku ramah lingkungan anu saleresna. Panilitian ieu nalungtik NADES, anu ngandung asam sitrat (salaku akseptor beungkeut hidrogén) sareng gliserol (salaku donor beungkeut hidrogén) salaku aditif cairan pangeboran. Cairan pangeboran basis NADES dikembangkeun luyu sareng API 13B-1 sareng kinerjana dibandingkeun sareng cairan pangeboran basis kalium klorida, cairan ionik basis imidazolium, sareng cairan pangeboran basis kolin klorida: urea-DES. Sipat fisikokimia tina NADES anu dipatenkeun dijelaskeun sacara rinci. Sipat reologis, leungitna cairan, sareng sipat inhibisi serpih tina cairan pangeboran dievaluasi salami panilitian, sareng dipidangkeun yén dina konsentrasi 3% NADES, rasio viskositas tegangan/plastik (YP/PV) ningkat, ketebalan kue leutak dikirangan ku 26%, sareng volume filtrat dikirangan ku 30,1%. Anu penting, NADES ngahontal laju inhibisi ékspansi anu impressive nyaéta 49,14% sareng ningkatkeun produksi serpih ku 86,36%. Hasil ieu disababkeun ku kamampuan NADES pikeun ngarobih aktivitas permukaan, poténsi zeta, sareng jarak antar lapisan liat, anu dibahas dina tulisan ieu pikeun ngartos mékanisme anu mendasari. Cairan pangeboran anu lestari ieu diperkirakeun bakal ngarévolusi industri pangeboran ku cara nyayogikeun alternatif anu henteu toksik, hemat biaya, sareng efektif pisan pikeun inhibitor korosi serpih tradisional, anu muka jalan pikeun prakték pangeboran anu ramah lingkungan.
Serpih nyaéta batuan serbaguna anu janten sumber sareng cadangan hidrokarbon, sareng struktur porousna1 nyayogikeun poténsi pikeun produksi sareng panyimpenan sumber daya anu berharga ieu. Nanging, serpih beunghar ku mineral liat sapertos montmorillonite, smectite, kaolinit sareng illite, anu ngajantenkeun rentan ka bareuh nalika kakeunaan cai, anu nyababkeun ketidakstabilan sumur bor nalika operasi pangeboran2,3. Masalah ieu tiasa nyababkeun waktos anu henteu produktif (NPT) sareng seueur masalah operasional kalebet pipa macét, sirkulasi leutak anu leungit, runtuhna sumur bor sareng pangotoran bit, ningkatkeun waktos sareng biaya pamulihan. Sacara tradisional, cairan pangeboran berbasis minyak (OBDF) parantos janten pilihan anu dipikaresep pikeun formasi serpih kusabab kamampuanna pikeun nolak ékspansi serpih4. Nanging, panggunaan cairan pangeboran berbasis minyak nyababkeun biaya anu langkung luhur sareng résiko lingkungan. Cairan pangeboran berbasis sintétis (SBDF) parantos dianggap salaku alternatif, tapi kasaluyuanana dina suhu anu luhur henteu nyugemakeun. Cairan pangeboran berbasis cai (WBDF) mangrupikeun solusi anu pikaresepeun sabab langkung aman, langkung ramah lingkungan, sareng langkung efektif biaya tibatan OBDF5. Rupa-rupa inhibitor serpih parantos dianggo pikeun ningkatkeun kamampuan inhibisi serpih WBDF, kalebet inhibitor tradisional sapertos kalium klorida, jeruk nipis, silikat, sareng polimér. Nanging, inhibitor ieu ngagaduhan watesan dina hal efektivitas sareng dampak lingkungan, khususna kusabab konsentrasi K+ anu luhur dina inhibitor kalium klorida sareng sensitivitas pH silikat. 6 Para panaliti parantos nalungtik kamungkinan ngagunakeun cairan ionik salaku aditif cairan pangeboran pikeun ningkatkeun reologi cairan pangeboran sareng nyegah pembengkakan serpih sareng pembentukan hidrat. Nanging, cairan ionik ieu, khususna anu ngandung kation imidazolil, umumna toksik, mahal, henteu tiasa diuraikeun sacara biologis, sareng meryogikeun prosés persiapan anu rumit. Pikeun ngarengsekeun masalah ieu, jalma-jalma mimiti milarian alternatif anu langkung ekonomis sareng ramah lingkungan, anu nyababkeun munculna pangleyur eutektik jero (DES). DES mangrupikeun campuran eutektik anu dibentuk ku donor beungkeut hidrogén (HBD) sareng akseptor beungkeut hidrogén (HBA) dina babandingan molar sareng suhu anu khusus. Campuran eutektik ieu ngagaduhan titik lebur anu langkung handap tibatan komponén masing-masing, utamina kusabab delokalisasi muatan anu disababkeun ku beungkeut hidrogén. Seueur faktor, kalebet énergi kisi, parobahan éntropi, sareng interaksi antara anion sareng HBD, maénkeun peran konci dina nurunkeun titik lebur DES.
Dina panilitian samemehna, rupa-rupa aditif ditambahkeun kana cairan pangeboran basis cai pikeun ngarengsekeun masalah ékspansi serpih. Salaku conto, Ofei et al. nambihan 1-butil-3-metilimidazolium klorida (BMIM-Cl), anu sacara signifikan ngirangan ketebalan kue leutak (dugi ka 50%) sareng ngirangan nilai YP/PV ku 11 dina suhu anu béda. Huang et al. nganggo cairan ionik (hususna, 1-heksil-3-metilimidazolium bromida sareng 1,2-bis(3-heksilimidazol-1-il)étana bromida) digabungkeun sareng partikel Na-Bt sareng sacara signifikan ngirangan pembengkakan serpih ku 86,43% sareng 94,17%, masing-masing12. Salaku tambahan, Yang et al. nganggo 1-vinil-3-dodesillimidazolium bromida sareng 1-vinil-3-tetradesillimidazolium bromida pikeun ngirangan pembengkakan serpih ku masing-masing 16,91% sareng 5,81%. 13 Yang et al. ogé nganggo 1-vinil-3-etilimidazolium bromida sareng ngirangan ékspansi serpih ku 31,62% bari ngajaga pamulihan serpih dina 40,60%. 14 Salian ti éta, Luo et al. nganggo 1-oktil-3-metilimidazolium tetrafluoroborat pikeun ngirangan pembengkakan serpih ku 80%. 15, 16 Dai et al. nganggo kopolimer cair ionik pikeun ngahambat serpih sareng ngahontal paningkatan 18% dina pamulihan linier dibandingkeun sareng inhibitor amina. 17
Cairan ionik sorangan miboga sababaraha kakurangan, anu ngadorong para élmuwan pikeun néangan alternatif anu leuwih ramah lingkungan tibatan cairan ionik, sahingga DES lahir. Hanjia nyaéta jalma anu mimiti ngagunakeun pangleyur eutektik jero (DES) anu diwangun ku asam vinil klorida propionat (1:1), asam vinil klorida 3-fenilpropionat (1:2), sareng asam 3-merkaptopropionat + asam itakonat + vinil klorida (1:1:2), anu ngahambat bareuh bentonit ku masing-masing 68%, 58%, sareng 58%18. Dina ékspérimén bébas, MH Rasul ngagunakeun babandingan gliserol sareng kalium karbonat (DES) 2:1 sareng sacara signifikan ngirangan bareuh sampel serpih ku 87%19,20. Ma ngagunakeun uréa:vinil klorida pikeun sacara signifikan ngirangan ékspansi serpih ku 67%.21 Rasul et al. Kombinasi DES sareng polimér dianggo salaku inhibitor serpih aksi ganda, anu ngahontal pangaruh inhibisi serpih anu saé22.
Sanaos pangleyur eutektik jero (DES) sacara umum dianggap alternatif anu langkung héjo tibatan cairan ionik, éta ogé ngandung komponén anu berpotensi toksik sapertos uyah amonium, anu ngajantenkeun ramah lingkunganana patut dipertanyakan. Masalah ieu parantos nyababkeun kamekaran pangleyur eutektik jero alami (NADES). Éta masih digolongkeun salaku DES, tapi diwangun ku zat sareng uyah alami, kalebet kalium klorida (KCl), kalsium klorida (CaCl2), uyah Epsom (MgSO4.7H2O), sareng anu sanésna. Seueur kombinasi poténsial DES sareng NADES muka ruang lingkup anu lega pikeun panalungtikan di daérah ieu sareng diperkirakeun bakal mendakan aplikasi dina rupa-rupa widang. Sababaraha panaliti parantos suksés ngembangkeun kombinasi DES énggal anu parantos kabuktosan efektif dina rupa-rupa aplikasi. Salaku conto, Naser et al. 2013 nyintésis DES dumasar kalium karbonat sareng nalungtik sipat termofisika na, anu salajengna mendakan aplikasi dina daérah inhibisi hidrat, aditif cairan pangeboran, delignifikasi, sareng nanofibrillasi. 23 Jordy Kim sareng rekan kerja ngembangkeun NADES dumasar asam askorbat sareng meunteun sipat antioksidan na dina rupa-rupa aplikasi. 24 Christer et al. ngembangkeun NADES dumasar asam sitrat sareng ngaidentipikasi poténsina salaku eksipien pikeun produk kolagén. 25 Liu Yi sareng rekan kerjana ngaringkes aplikasi NADES salaku média ékstraksi sareng kromatografi dina tinjauan anu komprehensif, sedengkeun Misan et al. ngabahas aplikasi NADES anu suksés dina séktor agri-pangan. Penting pisan yén para panaliti cairan pangeboran mimiti merhatikeun efektivitas NADES dina aplikasi na. anyar. Dina taun 2023, Rasul et al. nganggo kombinasi anu béda tina pangleyur eutektik jero alami dumasar kana asam askorbat26, kalsium klorida27, kalium klorida28 sareng uyah Epsom29 sareng ngahontal inhibisi serpih sareng pamulihan serpih anu impressive. Panilitian ieu mangrupikeun salah sahiji panilitian munggaran anu ngenalkeun NADES (utamina formulasi dumasar asam sitrat sareng gliserol) salaku inhibitor serpih anu ramah lingkungan sareng efektif dina cairan pangeboran dumasar cai, anu ngagaduhan stabilitas lingkungan anu saé, kamampuan inhibisi serpih anu ningkat sareng kinerja cairan anu ningkat dibandingkeun sareng inhibitor tradisional sapertos KCl, cairan ionik dumasar imidazolil sareng DES tradisional.
Panilitian ieu bakal ngalibatkeun persiapan internal NADES dumasar asam sitrat (CA) dituturkeun ku karakterisasi fisikokimia anu lengkep sareng panggunaanana salaku aditif cairan pangeboran pikeun meunteun sipat cairan pangeboran sareng kamampuan inhibisi pembengkakanna. Dina panilitian ieu, CA bakal bertindak salaku akseptor beungkeut hidrogén sedengkeun gliserol (Gly) bakal bertindak salaku donor beungkeut hidrogén anu dipilih dumasar kana kriteria panyaringan MH pikeun formasi/seleksi NADES dina panilitian inhibisi serpih30. Pangukuran spéktroskopi infra red transformasi Fourier (FTIR), difraksi sinar-X (XRD) sareng poténsi zeta (ZP) bakal ngajelaskeun interaksi NADES-liat sareng mékanisme anu aya dina inhibisi pembengkakan liat. Salaku tambahan, panilitian ieu bakal ngabandingkeun cairan pangeboran dumasar CA NADES sareng DES32 dumasar kana 1-etil-3-metilimidazolium klorida [EMIM]Cl7,12,14,17,31, KCl sareng kolin klorida: urea (1:2) pikeun nalungtik efektivitasna dina inhibisi serpih sareng ningkatkeun kinerja cairan pangeboran.
Asam sitrat (monohidrat), gliserol (99 USP), sareng uréa dipésér ti EvaChem, Kuala Lumpur, Malaysia. Kolin klorida (>98%), [EMIM]Cl 98%, sareng kalium klorida dipésér ti Sigma Aldrich, Malaysia. Struktur kimia sadaya bahan kimia dipidangkeun dina Gambar 1. Diagram héjo ngabandingkeun bahan kimia utama anu dianggo dina panilitian ieu: cairan imidazolil ionik, kolin klorida (DES), asam sitrat, gliserol, kalium klorida, sareng NADES (asam sitrat sareng gliserol). Tabel ramah lingkungan tina bahan kimia anu dianggo dina panilitian ieu dipidangkeun dina Tabel 1. Dina tabel éta, unggal bahan kimia dipeunteun dumasar kana toksisitas, biodegradabilitas, biaya, sareng kelestarian lingkungan.
Struktur kimia bahan anu dianggo dina ieu panilitian: (a) asam sitrat, (b) [EMIM]Cl, (c) kolin klorida, sareng (d) gliserol.
Calon donor beungkeut hidrogén (HBD) sareng akseptor beungkeut hidrogén (HBA) pikeun pamekaran NADES dumasar CA (pangleyur eutektik jero alami) dipilih sacara saksama numutkeun kriteria pamilihan MH 30, anu ditujukeun pikeun pamekaran NADES salaku inhibitor serpih anu efektif. Numutkeun kriteria ieu, komponén anu gaduh seueur donor sareng akseptor beungkeut hidrogén ogé gugus fungsi polar dianggap cocog pikeun pamekaran NADES.
Salian ti éta, cairan ionik [EMIM]Cl sareng pangleyur eutektik jero kolin klorida:uréa (DES) dipilih pikeun babandingan dina panilitian ieu sabab seueur dianggo salaku aditif cairan pangeboran33,34,35,36. Salian ti éta, kalium klorida (KCl) dibandingkeun sabab mangrupikeun inhibitor umum.
Asam sitrat sareng gliserol dicampur dina babandingan molar anu béda pikeun kéngingkeun campuran eutektik. Pamariksaan visual nunjukkeun yén campuran eutektik mangrupikeun cairan anu homogen sareng transparan tanpa kekeruhan, nunjukkeun yén donor beungkeut hidrogén (HBD) sareng akseptor beungkeut hidrogén (HBA) suksés dicampur dina komposisi eutektik ieu. Ékspérimén awal dilakukeun pikeun niténan paripolah prosés nyampur HBD sareng HBA anu gumantung kana suhu. Numutkeun literatur anu sayogi, proporsi campuran eutektik dievaluasi dina tilu suhu khusus di luhur 50 °C, 70 °C sareng 100 °C, nunjukkeun yén suhu eutektik biasana aya dina kisaran 50–80 °C. Neraca digital Mettler dianggo pikeun nimbang komponén HBD sareng HBA sacara akurat, sareng pelat panas Thermo Fisher dianggo pikeun manaskeun sareng ngaduk HBD sareng HBA dina 100 rpm dina kaayaan anu dikontrol.
Sipat termofisika tina pangleyur eutektik jero (DES) anu disintésis, kalebet kapadetan, tegangan permukaan, indéks bias, sareng viskositas, diukur sacara akurat dina rentang suhu ti 289,15 dugi ka 333,15 K. Perlu dicatet yén rentang suhu ieu dipilih utamina kusabab keterbatasan alat anu aya. Analisis komprehensif kalebet panilitian anu jero ngeunaan rupa-rupa sipat termofisika tina formulasi NADES ieu, anu ngungkabkeun paripolahna dina rentang suhu. Fokus kana rentang suhu khusus ieu nyayogikeun wawasan kana sipat-sipat NADES anu penting pisan pikeun sababaraha aplikasi.
Tegangan permukaan NADES anu tos disiapkeun diukur dina kisaran ti 289,15 dugi ka 333,15 K nganggo méter tegangan antarmuka (IFT700). Titisan NADES kabentuk dina rohangan anu dieusi ku volume cairan anu ageung nganggo jarum kapiler dina kaayaan suhu sareng tekanan anu khusus. Sistem pencitraan modéren ngenalkeun parameter géométri anu pas pikeun ngitung tegangan antarmuka nganggo persamaan Laplace.
Refraktometer ATAGO dianggo pikeun nangtukeun indéks bias NADES anu nembé disiapkeun dina kisaran suhu 289,15 dugi ka 333,15 K. Instrumen ieu nganggo modul termal pikeun ngatur suhu pikeun ngira-ngira tingkat bias cahaya, ngaleungitkeun kabutuhan pikeun rendaman cai suhu konstan. Beungeut prisma refraktometer kedah dibersihkeun sareng larutan sampel kedah disebarkeun sacara rata di luhurna. Kalibrasi nganggo larutan standar anu dipikanyaho, teras baca indéks bias tina layar.
Viskositas NADES anu tos disiapkeun diukur dina rentang suhu 289,15 dugi ka 333,15 K nganggo viskometer rotasi Brookfield (tipe kriogenik) dina laju geser 30 rpm sareng ukuran spindel 6. Viskometer ngukur viskositas ku cara nangtukeun torsi anu diperyogikeun pikeun muterkeun spindel dina kecepatan konstan dina sampel cairan. Saatos sampel disimpen dina layar di handapeun spindel sareng dikencangkeun, viskometer nampilkeun viskositas dina centipoise (cP), nyayogikeun inpormasi anu berharga ngeunaan sipat reologis cairan.
Alat pangukur kapadetan portabel DMA 35 Basic dianggo pikeun nangtukeun kapadetan pangleyur eutektik jero alami (NDEES) anu nembé disiapkeun dina kisaran suhu 289,15–333,15 K. Kusabab alat ieu henteu gaduh pemanas internal, éta kedah dipanaskeun deui kana suhu anu ditangtukeun (± 2 °C) sateuacan nganggo alat pangukur kapadetan NADES. Tarik sahenteuna 2 ml sampel ngaliwatan tabung, sareng kapadetanna bakal langsung ditampilkeun dina layar. Perlu dicatet yén kusabab kurangna pemanas internal, hasil pangukuran ngagaduhan kasalahan ± 2 °C.
Pikeun meunteun pH NADES anu nembé disiapkeun dina kisaran suhu 289,15–333,15 K, kami nganggo pH meter Kenis benchtop. Kusabab teu aya alat pemanas internal, NADES mimitina dipanaskeun dugi ka suhu anu dipikahoyong (±2 °C) nganggo hotplate teras diukur langsung nganggo pH meter. Celupkeun probe pH meter kana NADES sacara lengkep sareng catet nilai ahir saatos bacaan stabil.
Analisis termogravimetri (TGA) dianggo pikeun meunteun stabilitas termal pangleyur eutektik jero alami (NADES). Sampel dianalisis nalika dipanaskeun. Ngagunakeun kasaimbangan presisi tinggi sareng ngawaskeun prosés pemanasan sacara saksama, plot leungitna massa dibandingkeun suhu dihasilkeun. NADES dipanaskeun ti 0 dugi ka 500 °C dina laju 1 °C per menit.
Pikeun ngamimitian prosésna, sampel NADES kedah dicampur tuntas, dihomogenisasi, sareng dicabut Uap permukaanna. Sampel anu disiapkeun teras disimpen dina kuvet TGA, anu biasana didamel tina bahan inert sapertos aluminium. Pikeun mastikeun hasil anu akurat, instrumen TGA dikalibrasi nganggo bahan rujukan, biasana standar beurat. Sakali dikalibrasi, ékspérimén TGA dimimitian sareng sampel dipanaskeun sacara terkendali, biasana dina laju anu konstan. Pemantauan kontinyu ngeunaan hubungan antara beurat sampel sareng suhu mangrupikeun bagian konci tina ékspérimén. Instrumen TGA ngumpulkeun data ngeunaan suhu, beurat, sareng parameter sanés sapertos aliran gas atanapi suhu sampel. Sakali ékspérimén TGA réngsé, data anu dikumpulkeun dianalisis pikeun nangtukeun parobahan beurat sampel salaku fungsi suhu. Inpormasi ieu berharga dina nangtukeun rentang suhu anu aya hubunganana sareng parobahan fisik sareng kimia dina sampel, kalebet prosés sapertos lebur, penguapan, oksidasi, atanapi dekomposisi.
Cairan pangeboran basis cai diformulasikeun sacara saksama numutkeun standar API 13B-1, sareng komposisi khususna didaptarkeun dina Tabel 2 pikeun rujukan. Asam sitrat sareng gliserol (99 USP) dipésér ti Sigma Aldrich, Malaysia pikeun nyiapkeun pangleyur eutektik jero alami (NADES). Salian ti éta, inhibitor serpih konvensional kalium klorida (KCl) ogé dipésér ti Sigma Aldrich, Malaysia. 1-etil, 3-metilimidazolium klorida ([EMIM]Cl) kalayan kamurnian langkung ti 98% dipilih kusabab pangaruhna anu signifikan dina ningkatkeun réologi cairan pangeboran sareng inhibisi serpih, anu dikonfirmasi dina panilitian sateuacana. Boh KCl sareng ([EMIM]Cl) bakal dianggo dina analisis komparatif pikeun meunteun kinerja inhibisi serpih NADES.
Seueur panalungtik langkung milih nganggo serpihan bentonit pikeun nalungtik pembengkakan serpih sabab bentonit ngandung gugus "montmorilonit" anu sami anu nyababkeun pembengkakan serpih. Kéngingkeun sampel inti serpih anu asli mangrupikeun tantangan sabab prosés coring ngaganggu stabilitas serpih, anu ngahasilkeun sampel anu henteu sagemblengna serpih tapi biasana ngandung campuran lapisan batu pasir sareng batu kapur. Salaku tambahan, sampel serpih biasana kakurangan gugus montmorilonit anu nyababkeun pembengkakan serpih sareng ku kituna henteu cocog pikeun ékspérimén inhibisi pembengkakan.
Dina ieu panilitian, urang nganggo partikel bentonit anu dibentuk deui kalayan diaméter sakitar 2,54 cm. Granulna dijieun ku cara mencét 11,5 gram bubuk natrium bentonit dina mesin pres hidrolik dina tekanan 1600 psi. Ketebalan granul diukur sacara akurat sateuacan disimpen dina dilatometer linier (LD). Partikel-partikel éta teras dicelupkeun kana sampel cairan pangeboran, kalebet sampel dasar sareng sampel anu diinjeksi ku inhibitor anu dianggo pikeun nyegah pembengkakan serpih. Parobahan ketebalan granul teras diawasi sacara saksama nganggo LD, kalayan pangukuran dirékam dina interval 60 detik salami 24 jam.
Difraksi sinar-X nunjukkeun yén komposisi bentonit, khususna komponén montmorilonit 47% na, mangrupikeun faktor konci dina ngartos karakteristik géologisna. Di antara komponén montmorilonit bentonit, montmorilonit mangrupikeun komponén utama, nyumbang 88,6% tina total komponén. Samentawis éta, kuarsa nyumbang 29%, ilit 7%, sareng karbonat 9%. Sabagian alit (sakitar 3,2%) mangrupikeun campuran ilit sareng montmorilonit. Salian ti éta, éta ngandung unsur renik sapertos Fe2O3 (4,7%), aluminosilikat pérak (1,2%), muskovit (4%), sareng fosfat (2,3%). Salian ti éta, aya sajumlah alit Na2O (1,83%) sareng silikat beusi (2,17%), anu ngamungkinkeun pikeun ngahargaan sacara pinuh unsur-unsur konstituén bentonit sareng proporsi masing-masing.
Bagian ulikan anu komprehensif ieu ngajelaskeun sipat reologi sareng filtrasi tina sampel cairan pangeboran anu disiapkeun nganggo pangleyur eutektik jero alami (NADES) sareng dianggo salaku aditif cairan pangeboran dina konsentrasi anu béda (1%, 3% sareng 5%). Sampel bubur dumasar NADES teras dibandingkeun sareng dianalisis nganggo sampel bubur anu diwangun ku kalium klorida (KCl), CC: urea DES (pangleyur eutektik jero kolin klorida: urea) sareng cairan ionik. Sajumlah parameter konci dibahas dina ulikan ieu kalebet bacaan viskositas anu diala nganggo viskometer FANN sateuacan sareng saatos paparan kana kaayaan sepuh dina suhu 100°C sareng 150°C. Pangukuran dicandak dina kecepatan rotasi anu béda (3 rpm, 6 rpm, 300 rpm sareng 600 rpm) anu ngamungkinkeun analisis anu komprehensif ngeunaan paripolah cairan pangeboran. Data anu diala teras tiasa dianggo pikeun nangtukeun sipat konci sapertos titik hasil (YP) sareng viskositas plastik (PV), anu masihan wawasan kana kinerja cairan dina rupa-rupa kaayaan. Uji filtrasi suhu luhur tekanan tinggi (HPHT) dina 400 psi sareng 150°C (suhu has dina sumur suhu luhur) nangtukeun kinerja filtrasi (ketebalan cake sareng volume filtrat).
Bagian ieu ngamangpaatkeun alat-alat canggih, Grace HPHT Linear Dilatometer (M4600), pikeun meunteun sacara saksama sipat inhibisi pembengkakan serpih tina cairan pangeboran basis cai kami. LSM mangrupikeun mesin canggih anu diwangun ku dua komponén: pemadat pelat sareng dilatometer linier (modél: M4600). Pelat bentonit disiapkeun pikeun dianalisis nganggo Grace Core/Plate Compactor. LSM teras nyayogikeun data pembengkakan langsung dina pelat ieu, anu ngamungkinkeun évaluasi komprehensif ngeunaan sipat inhibisi pembengkakan serpih. Tés ékspansi serpih dilaksanakeun dina kaayaan sekitar, nyaéta, 25°C sareng 1 psia.
Uji stabilitas serpih ngalibatkeun uji konci anu sering disebut uji pamulihan serpih, uji celup serpih atanapi uji dispersi serpih. Pikeun ngamimitian évaluasi ieu, potongan serpih dipisahkeun dina layar BSS #6 teras disimpen dina layar #10. Potongan-potongan éta teras diumpankeun ka tangki panyimpenan dimana éta dicampur sareng cairan dasar sareng leutak pangeboran anu ngandung NADES (Pelarut Eutektik Jero Alami). Léngkah salajengna nyaéta nempatkeun campuran dina oven pikeun prosés ngagulung panas anu sengit, mastikeun yén potongan sareng leutak dicampur rata. Saatos 16 jam, potongan dipiceun tina pulp ku cara ngantepkeun serpih terurai, anu ngahasilkeun panurunan beurat potongan. Uji pamulihan serpih dilaksanakeun saatos potongan serpih ditahan dina leutak pangeboran dina suhu 150°C sareng 1000 psi. inci dina 24 jam.
Pikeun ngukur pamulihan leutak serpih, urang nyaring éta ngaliwatan saringan anu langkung lemes (40 mesh), teras dikumbah tuntas ku cai, sareng pamustunganana dikeringkeun dina oven. Prosedur anu taliti ieu ngamungkinkeun urang pikeun ngira-ngira leutak anu pulih dibandingkeun sareng beurat aslina, pamustunganana ngitung persentase leutak serpih anu suksés pulih. Sumber sampel serpih nyaéta ti Distrik Niah, Distrik Miri, Sarawak, Malaysia. Sateuacan tés dispersi sareng pamulihan, sampel serpih diuji sacara saksama pikeun ngitung komposisi liatna sareng mastikeun kasaluyuanana pikeun diuji. Komposisi mineral liat tina sampel nyaéta sapertos kieu: ilit 18%, kaolinit 31%, klorit 22%, vermikulit 10%, sareng mika 19%.
Tegangan permukaan mangrupikeun faktor konci anu ngontrol penetrasi kation cai kana mikropori serpih ngalangkungan aksi kapiler, anu bakal dikaji sacara rinci dina bagian ieu. Makalah ieu nalungtik peran tegangan permukaan dina sipat kohesif cairan pangeboran, nyorot pangaruh pentingna kana prosés pangeboran, khususna inhibisi serpih. Kami nganggo tensiometer antarmuka (IFT700) pikeun ngukur tegangan permukaan sampel cairan pangeboran sacara akurat, ngungkabkeun aspék penting tina paripolah cairan dina kontéks inhibisi serpih.
Bagian ieu ngabahas sacara rinci jarak lapisan-d, nyaéta jarak antar lapisan antara lapisan aluminosilikat sareng hiji lapisan aluminosilikat dina liat. Analisisna ngawengku sampel leutak baseuh anu ngandung 1%, 3% sareng 5% CA NADES, ogé 3% KCl, 3% [EMIM]Cl sareng 3% CC:urea dumasar DES pikeun babandingan. Difraktometer sinar-X benchtop anu canggih (D2 Phaser) anu beroperasi dina 40 mA sareng 45 kV kalayan radiasi Cu-Kα (λ = 1.54059 Å) maénkeun peran penting dina ngarékam puncak difraksi sinar-X tina sampel Na-Bt baseuh sareng garing. Aplikasi persamaan Bragg ngamungkinkeun nangtukeun jarak lapisan-d anu akurat, sahingga nyayogikeun inpormasi anu berharga ngeunaan paripolah liat.
Bagian ieu ngamangpaatkeun instrumen Malvern Zetasizer Nano ZSP anu canggih pikeun ngukur poténsi zeta sacara akurat. Évaluasi ieu nyayogikeun inpormasi anu berharga ngeunaan karakteristik muatan sampel leutak éncer anu ngandung 1%, 3%, sareng 5% CA NADES, ogé 3% KCl, 3% [EMIM]Cl, sareng 3% CC: urea basis DES pikeun analisis komparatif. Hasil ieu nyumbang kana pamahaman urang ngeunaan stabilitas sanyawa koloid sareng interaksina dina cairan.
Sampel liat dipariksa sateuacan sareng saatos kakeunaan pangleyur eutektik jero alami (NADES) nganggo mikroskop éléktron scanning émisi médan Zeiss Supra 55 VP (FESEM) anu dilengkepan sinar-X dispersif énergi (EDX). Résolusi pencitraan nyaéta 500 nm sareng énergi sinar éléktron nyaéta 30 kV sareng 50 kV. FESEM nyayogikeun visualisasi résolusi luhur tina morfologi permukaan sareng fitur struktural sampel liat. Tujuan tina panilitian ieu nyaéta pikeun kéngingkeun inpormasi ngeunaan pangaruh NADES kana sampel liat ku cara ngabandingkeun gambar anu diala sateuacan sareng saatos kakeunaan.
Dina ieu panilitian, téknologi mikroskop éléktron scanning émisi lapangan (FESEM) dianggo pikeun nalungtik pangaruh NADES kana sampel liat dina tingkat mikroskopis. Tujuan tina ieu panilitian nyaéta pikeun ngajelaskeun poténsi aplikasi NADES sareng pangaruhna kana morfologi liat sareng ukuran partikel rata-rata, anu bakal nyayogikeun inpormasi anu berharga pikeun panilitian dina widang ieu.
Dina ieu panilitian, bilah kasalahan dianggo pikeun ngajelaskeun sacara visual variabilitas sareng kateupastian tina persentase kasalahan rata-rata (AMPE) dina sababaraha kaayaan ékspérimén. Tinimbang ngaplot nilai AMPE individu (sabab ngaplot nilai AMPE tiasa ngahalangan tren sareng ngagedekeun variasi leutik), urang ngitung bilah kasalahan nganggo aturan 5%. Pendekatan ieu mastikeun yén unggal bilah kasalahan ngagambarkeun interval dimana interval kapercayaan 95% sareng 100% tina nilai AMPE diperkirakeun turun, ku kituna nyayogikeun ringkesan anu langkung jelas sareng langkung ringkes ngeunaan distribusi data pikeun unggal kaayaan ékspérimén. Ngagunakeun bilah kasalahan dumasar kana aturan 5% ku kituna ningkatkeun interpretabilitas sareng reliabilitas répréséntasi grafis sareng ngabantosan nyayogikeun pamahaman anu langkung lengkep ngeunaan hasil sareng implikasina.
Dina sintésis pangleyur eutektik jero alami (NADES), sababaraha parameter konci ditalungtik sacara saksama salami prosés persiapan internal. Faktor-faktor kritis ieu kalebet suhu, babandingan molar, sareng kecepatan nyampur. Ékspérimén kami nunjukkeun yén nalika HBA (asam sitrat) sareng HBD (gliserol) dicampur dina babandingan molar 1:4 dina suhu 50°C, campuran eutektik kabentuk. Ciri anu ngabédakeun tina campuran eutektik nyaéta penampilanana anu transparan sareng homogen, sareng henteuna sedimen. Ku kituna, léngkah konci ieu nyorot pentingna babandingan molar, suhu, sareng kecepatan nyampur, diantarana babandingan molar mangrupikeun faktor anu paling berpengaruh dina persiapan DES sareng NADES, sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 2.
Indéks bias (n) ngébréhkeun babandingan laju cahaya dina rohangan hampa jeung laju cahaya dina média kadua anu leuwih padet. Indéks bias hususna dipikaresep pikeun pangleyur eutektik jero alami (NADES) nalika mertimbangkeun aplikasi anu sénsitip sacara optik sapertos biosensor. Indéks bias NADES anu ditalungtik dina suhu 25 °C nyaéta 1,452, anu pikaresepeun langkung handap tibatan gliserol.
Perlu dicatet yén indéks bias NADES turun sairing suhu, sareng tren ieu tiasa dijelaskeun sacara akurat ku rumus (1) sareng Gambar 3, kalayan kasalahan persentase rata-rata absolut (AMPE) ngahontal 0%. Paripolah anu gumantung kana suhu ieu dijelaskeun ku panurunan viskositas sareng kapadetan dina suhu anu luhur, anu nyababkeun cahaya ngarambat ngaliwatan média dina kecepatan anu langkung luhur, anu ngahasilkeun nilai indéks bias (n) anu langkung handap. Hasil ieu nyayogikeun wawasan anu berharga kana panggunaan strategis NADES dina panginderaan optik, anu nyorot poténsina pikeun aplikasi biosensor.
Tegangan permukaan, anu ngagambarkeun kacenderungan permukaan cair pikeun ngaminimalkeun luasna, penting pisan dina meunteun kasaluyuan pangleyur eutektik jero alami (NADES) pikeun aplikasi dumasar tekanan kapiler. Panilitian ngeunaan tegangan permukaan dina kisaran suhu 25–60 °C nyayogikeun inpormasi anu berharga. Dina suhu 25 °C, tegangan permukaan NADES dumasar asam sitrat nyaéta 55,42 mN/m, anu sacara signifikan langkung handap tibatan cai sareng gliserol. Gambar 4 nunjukkeun yén tegangan permukaan turun sacara signifikan kalayan ningkatna suhu. Fenomena ieu tiasa dijelaskeun ku paningkatan énergi kinétik molekuler sareng panurunan salajengna dina gaya tarik antarmolekul.
Tren nurunna tegangan permukaan linier anu dititénan dina NADES anu ditalungtik tiasa dikedalkeun kalayan saé ku persamaan (2), anu ngagambarkeun hubungan matematis dasar dina kisaran suhu 25–60 °C. Grafik dina Gambar 4 sacara jelas ngagambarkeun tren tegangan permukaan sareng suhu kalayan kasalahan persentase rata-rata absolut (AMPE) 1,4%, anu ngitung akurasi nilai tegangan permukaan anu dilaporkeun. Hasil ieu gaduh implikasi penting pikeun ngartos paripolah NADES sareng aplikasi poténsialna.
Ngartos dinamika kapadetan pangleyur eutektik jero alami (NADES) penting pisan pikeun ngagampangkeun aplikasi na dina seueur panilitian ilmiah. Kapadetan NADES dumasar asam sitrat dina suhu 25°C nyaéta 1,361 g/cm3, anu langkung luhur tibatan kapadetan gliserol induk. Bédana ieu tiasa dijelaskeun ku panambahan akseptor beungkeut hidrogén (asam sitrat) kana gliserol.
Contona NADES basis sitrat, kapadetanna turun jadi 1,19 g/cm3 dina suhu 60°C. Kanaékan énergi kinétik nalika dipanaskeun nyababkeun molekul NADES sumebar, ngabalukarkeun aranjeunna ngeusian volume anu langkung ageung, anu ngahasilkeun panurunan kapadetan. Panurunan kapadetan anu dititénan nunjukkeun korélasi linier anu tangtu sareng paningkatan suhu, anu tiasa dikedalkeun kalayan leres ku rumus (3). Gambar 5 sacara grafis nampilkeun ciri-ciri parobahan kapadetan NADES ieu kalayan kasalahan persentase rata-rata absolut (AMPE) 1,12%, anu nyayogikeun ukuran kuantitatif akurasi nilai kapadetan anu dilaporkeun.
Viskositas nyaéta gaya tarik antara lapisan cairan anu béda-béda anu gerak sareng maénkeun peran konci dina ngartos aplikasi pangleyur eutektik jero alami (NADES) dina rupa-rupa aplikasi. Dina suhu 25 °C, viskositas NADES nyaéta 951 cP, anu langkung luhur tibatan gliserol.
Panurunan viskositas anu dititénan kalayan ningkatna suhu utamina dijelaskeun ku ngaleuleuskeun gaya tarik antarmolekul. Fenomena ieu nyababkeun panurunan viskositas cairan, tren anu jelas dipidangkeun dina Gambar 6 sareng diukur ku Persamaan (4). Anu penting, dina 60°C, viskositas turun ka 898 cP kalayan kasalahan persén rata-rata sakabéhna (AMPE) 1,4%. Pamahaman anu lengkep ngeunaan viskositas versus gumantungna suhu dina NADES penting pisan pikeun aplikasi praktisna.
pH larutan, anu ditangtukeun ku logaritma négatif tina konsentrasi ion hidrogén, penting pisan, khususna dina aplikasi anu sénsitip kana pH sapertos sintésis DNA, janten pH NADES kedah ditalungtik sacara saksama sateuacan dianggo. Nyandak NADES anu didasarkeun kana asam sitrat salaku conto, pH anu jelas asam nyaéta 1,91 tiasa dititénan, anu béda pisan sareng pH gliserol anu relatif nétral.
Anu pikaresepeun nyaéta pH tina pangleyur leyur asam sitrat dehidrogenase alami (NADES) nunjukkeun tren turunna non-linier kalayan ningkatna suhu. Fenomena ieu disababkeun ku ningkatna geteran molekuler anu ngaganggu kasaimbangan H+ dina larutan, anu ngarah kana formasi ion [H]+ sareng, kahareupna, parobahan dina nilai pH. Sanaos pH alami asam sitrat aya dina rentang ti 3 dugi ka 5, ayana hidrogén asam dina gliserol langkung nurunkeun pH ka 1,91.
Paripolah pH NADES dumasar sitrat dina kisaran suhu 25–60 °C tiasa digambarkeun sacara merenah ku persamaan (5), anu nyayogikeun éksprési matematis pikeun tren pH anu dititénan. Gambar 7 sacara grafis ngagambarkeun hubungan anu pikaresepeun ieu, nyorot pangaruh suhu kana pH NADES, anu dilaporkeun 1,4% pikeun AMPE.
Analisis termogravimetri (TGA) tina pangleyur eutektik jero asam sitrat alami (NADES) sacara sistematis dilaksanakeun dina kisaran suhu ti suhu kamar dugi ka 500 °C. Sakumaha anu tiasa ditingali tina Gambar 8a sareng b, leungitna massa awal dugi ka 100 °C utamina disababkeun ku cai anu diserep sareng cai hidrasi anu aya hubunganana sareng asam sitrat sareng gliserol murni. Retensi massa anu signifikan sakitar 88% katingali dugi ka 180 °C, anu utamina disababkeun ku dékomposisi asam sitrat janten asam aconitic sareng formasi metilmaleat anhidrida (III) saatos dipanaskeun salajengna (Gambar 8 b). Di luhur 180 °C, penampilan akrolein (akrilaldehid) anu jelas dina gliserol ogé tiasa dititénan, sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 8b37.
Analisis termogravimetri (TGA) gliserol ngungkabkeun prosés leungitna massa dua tahap. Tahap awal (180 dugi ka 220 °C) ngalibatkeun formasi akrolein, dituturkeun ku leungitna massa anu signifikan dina suhu anu luhur ti 230 dugi ka 300 °C (Gambar 8a). Nalika suhu ningkat, asetaldehida, karbon dioksida, metana, sareng hidrogén kabentuk sacara berurutan. Anu penting, ngan ukur 28% tina massa anu ditahan dina suhu 300 °C, nunjukkeun yén sipat intrinsik NADES 8(a)38,39 tiasa cacad.
Pikeun kéngingkeun inpormasi ngeunaan formasi beungkeut kimia anyar, suspénsi anu nembé disiapkeun tina pangleyur eutektik jero alami (NADES) dianalisis ku spéktroskopi infra red transformasi Fourier (FTIR). Analisis dilakukeun ku cara ngabandingkeun spéktrum suspénsi NADES sareng spéktrum asam sitrat murni (CA) sareng gliserol (Gly). Spéktrum CA nunjukkeun puncak anu jelas dina 1752 1/cm sareng 1673 1/cm, anu ngagambarkeun geteran manjang tina beungkeut C=O sareng ogé ciri CA. Salaku tambahan, parobahan anu signifikan dina geteran lentur OH dina 1360 1/cm dititénan di daérah sidik jari, sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 9.
Sarua kitu, dina kasus gliserol, parobahan dina geteran OH-stretching sareng bending kapanggih dina bilangan gelombang 3291 1/cm sareng 1414 1/cm, masing-masing. Ayeuna, ku cara nganalisis spéktrum NADES anu disiapkeun, parobahan anu signifikan dina spéktrum kapanggih. Sakumaha anu dipidangkeun dina Gambar 7, geteran manjang beungkeut C=O robah ti 1752 1/cm ka 1720 1/cm sareng geteran bending beungkeut -OH gliserol robah ti 1414 1/cm ka 1359 1/cm. Parobahan dina bilangan gelombang ieu nunjukkeun parobahan dina éléktronégativitas, anu nunjukkeun formasi beungkeut kimia anyar dina struktur NADES.