nature.com saýtyna gireniňiz üçin sag boluň. Ulanýan brauzeriňiziň wersiýasynda CSS goldawy çäkli. Iň gowy tejribe üçin, brauzeriň iň soňky wersiýasyny ulanmagy (ýa-da Internet Explorer-de utgaşyklylyk režimini öçürmegi) maslahat berýäris. Mundan başga-da, goldawy dowam etdirmek üçin bu saýtda stiller ýa-da JavaScript bolmaz.
Gatlakly suw howdanlarynda slanes giňelmegi uly kynçylyklary döredýär we guýularyň durnuksyzlygyna getirýär. Daşky gurşaw sebäpli, nebit esasly buraw suwuklygyna garanyňda, şlanes ingibitorlary goşulan suw esasly buraw suwuklygyny ulanmak has amatlydyr. Ion suwuklyklary (IL) sazlanyp bilýän häsiýetleri we güýçli elektrostatik häsiýetnamalary sebäpli slanes ingibitorlary hökmünde köp üns çekdi. Şeýle-de bolsa, buraw suwuklyklarynda giňden ulanylýan imidazolil esasly ion suwuklyklary (IL) zäherli, biodegradasiýa edilmeýän we gymmatdygy subut edildi. Çuňňur ewtektiki eredijiler (DES) ion suwuklyklaryna has tygşytly we az zäherli alternatiwa hasaplanýar, ýöne olar henizem zerur ekologiýa durnuklylygyna ýetmeýär. Bu ugurda soňky ösüşler hakyky ekologiýa taýdan arassalygy bilen tanalýan tebigy çuň ewtektiki eredijileri (NADES) ornaşdyrmaga getirdi. Bu gözlegde buraw suwuklygy goşundylary hökmünde limon turşusyny (wodorod baglanyşygyny kabul ediji hökmünde) we gliserini (wodorod baglanyşygyny beriji hökmünde) öz içine alýan NADES-ler öwrenildi. NADES esasyndaky buraw suwuklyklary API 13B-1 standartyna laýyklykda işlenip düzüldi we olaryň iş görkezijileri kaliý hlorid esasyndaky buraw suwuklyklary, imidazoliý esasyndaky ion suwuklyklary we holin hlorid: moçewina-DES esasyndaky buraw suwuklyklary bilen deňeşdirildi. Hususy NADES-leriň fiziki-himiki häsiýetleri jikme-jik beýan edilýär. Buraw suwuklygynyň reologik häsiýetleri, suwuklyk ýitgisi we slanesiň öňüni alyş häsiýetleri gözleg dowamynda bahalandyryldy we 3% NADES konsentrasiýasynda çykym stresi/plastik ýapyşyklyk gatnaşygynyň (YP/PV) ýokarlanandygy, palçyk tortunyň galyňlygynyň 26% azalandygy we filtrat göwrüminiň 30,1% azalandygy görkezildi. Esasan hem, NADES 49,14% täsirli giňelme öňüni alyş tizligine ýetdi we slanes önümçiligini 86,36% artdyrdy. Bu netijeler NADES-iň esasy mehanizmleri düşünmek üçin şu makalada ara alnyp maslahatlaşylýan toýunlaryň ýüz işjeňligini, zeta potensialyny we gatlaklar arasyndaky aralygy üýtgetmek ukyby bilen baglanyşyklydyr. Bu durnukly buraw suwuklygynyň däp bolan slanes korroziýasynyň ingibitorlaryna zäherli däl, tygşytly we ýokary netijeli alternatiwa hödürläp, ekologiýa taýdan arassa buraw işleriniň ýoluny açmagy arkaly buraw senagatynda düýpli özgerişlere getirmegine garaşylýar.
Slanes uglewodorodlaryň çeşmesi we gory bolup hyzmat edýän köpugurly dag jynslarydyr we onuň gözenekli gurluşy1 bu gymmatly serişdeleri öndürmek we saklamak üçin mümkinçilik döredýär. Şeýle-de bolsa, slanes montmorillonit, smektit, kaolinit we illit ýaly toýun minerallaryna baýdyr, bu bolsa suwa düşende ony şişmäge meýilli edýär we buraw işleri wagtynda guýularyň durnuksyzlygyna getirýär2,3. Bu meseleler öndürijiliksiz wagtyň (NPT) we turbalaryň dykylmagy, palçyk aýlanyşygynyň ýitmegi, guýularyň ýykylmagy we bölekleriň hapalanmagy ýaly köp sanly iş meselelerine getirip biler, bu bolsa dikeltmek wagtyny we çykdajylaryny artdyrýar. Adatça, nebit esasly buraw suwuklyklary (OBDF) slanes giňelmegine garşy durmak ukyby sebäpli slanes emele gelmeleri üçin iň gowy saýlaw bolup durýar4. Şeýle-de bolsa, nebit esasly buraw suwuklyklaryny ulanmak has ýokary çykdajylara we ekologiýa töwekgelçiliklerine getirýär. Sintetiki esasly buraw suwuklyklary (SBDF) alternatiwa hökmünde garaldy, ýöne olaryň ýokary temperaturada laýyklygy kanagatlanarly däl. Suw esasly buraw suwuklyklary (WBDF) OBDF5-e garanyňda has howpsuz, ekologiýa taýdan arassa we has tygşytly bolany üçin özüne çekiji çözgütdir. WBDF-iň slanesiň öňüni alyş ukybyny ýokarlandyrmak üçin dürli slanes ingibitorlary, şol sanda kaliý hlorid, hek, silikat we polimer ýaly däp bolan ingibitorlar ulanyldy. Şeýle-de bolsa, bu ingibitorlaryň netijeliligi we daşky gurşawa täsiri babatda çäklendirmeleri bar, esasanam kaliý hlorid ingibitorlarynda ýokary K+ konsentrasiýasy we silikatlaryň pH duýgurlygy sebäpli. 6 Barlagçylar buraw suwuklygynyň reologiýasyny gowulandyrmak we slanesiň şişmeginiň we gidratyň emele gelmeginiň öňüni almak üçin ion suwuklyklaryny buraw suwuklyk goşundylary hökmünde ulanmagyň mümkinçiligini öwrendiler. Şeýle-de bolsa, bu ion suwuklyklary, esasanam imidazolil kationlaryny öz içine alýanlar, umuman zäherli, gymmat, biodegradasiýa edilmeýän we çylşyrymly taýýarlamak proseslerini talap edýär. Bu meseleleri çözmek üçin adamlar has ykdysady we ekologiýa taýdan arassa alternatiwa gözläp başladylar, bu bolsa çuň ewtektiki erginleriň (DES) peýda bolmagyna getirdi. DES belli bir molar gatnaşygynda we temperaturada wodorod baglanyşygynyň donorlary (HBD) we wodorod baglanyşygynyň akseptorlary (HBA) tarapyndan emele getirilýän ewtektiki garyndydyr. Bu ewtektiki garyndylaryň aýratyn böleklerine garanyňda ereme nokady has pes, esasan hem wodorod baglanyşyklary sebäpli zarýadlaryň delokalizasiýasyna baglydyr. DES-iň ereme nokadyny peseltmekde köp faktorlar, şol sanda tor energiýasy, entropiýanyň üýtgemegi we anionlar bilen HBD-niň arasyndaky özara täsirler esasy rol oýnaýar.
Öňki barlaglarda, slanes giňelme meselesini çözmek üçin suw esasly buraw suwuklygyna dürli goşundylar goşuldy. Mysal üçin, Ofei we beýlekiler 1-butil-3-metilimidazolium hloridini (BMIM-Cl) goşdular, bu bolsa palçyk tortunyň galyňlygyny ep-esli azaldyp (50% çenli) we dürli temperaturalarda YP/PV gymmatyny 11 azaldyp getirdi. Huang we beýlekiler ion suwuklyklaryny (has takygy, 1-geksil-3-metilimidazolium bromid we 1,2-bis(3-geksilimidazol-1-il)etan bromid) Na-Bt bölejikleri bilen bilelikde ulandylar we slanesiň şişmegini degişlilikde 86,43% we 94,17% ep-esli azaldyp getirdiler12. Mundan başga-da, Ýang we beýlekiler slanesiň şişmegini degişlilikde 16,91% we 5,81% azaltmak üçin 1-winil-3-dodetsilimidazolium bromid we 1-winil-3-tetradetsilimidazolium bromid ulandylar. 13 Ýang we beýlekiler. şeýle hem 1-winil-3-etilimidazolium bromidi ulandy we slanesiň giňelmegini 31,62% azaldyp, slanesiň dikeldilmegini 40,60% saklady. 14 Mundan başga-da, Luo we beýlekiler slanesiň şişmegini 80% azaltmak üçin 1-oktil-3-metilimidazolium tetraftoroborat ulandy. 15, 16 Dai we beýlekiler slanesiň öňüni almak üçin ion suwuk kopolimerlerini ulandy we amin ingibitorlaryna garanyňda çyzykly dikeldilmede 18% ösüş gazandy. 17
Ion suwuklyklarynyň özlerinde käbir kemçilikler bar, bu bolsa alymlary ion suwuklyklaryna has ekologiýa taýdan arassa alternatiwalary gözlemäge itergi berdi we şeýlelik bilen DES döredi. Hanjia ilkinji bolup winil hlorid propion turşusyndan (1:1), winil hlorid 3-fenilpropion turşusyndan (1:2) we 3-merkaptopropion turşusy + itakon turşusy + winil hloridden (1:1:2) ybarat bolan çuň ewtektik erginleri (DES) ulandy, bu bolsa bentonidiň şişmegini degişlilikde 68%, 58% we 58% basyp saklady18. Erkin tejribede MH Rasul gliserol we kaliý karbonatynyň (DES) 2:1 gatnaşygyny ulandy we slanes nusgalarynyň şişmegini 87% azalddy19,20. Ma slanesiň giňelmegini 67% azaltmak üçin karbamid:winil hlorid ulandy.21 Rasul we beýlekiler. DES we polimeriň utgaşmasy iki täsirli slanes ingibitory hökmünde ulanyldy, bu bolsa ajaýyp slanes ingibitory täsirine ýetdi22.
Çuňňur ewtektiki eredijiler (DES), adatça, ion suwuklyklaryna has ekologiýa taýdan arassa alternatiwa hasaplansa-da, olarda ammonium duzlary ýaly potensial zäherli komponentler hem bar, bu bolsa olaryň ekologiýa taýdan arassalygyny şübheli edýär. Bu mesele tebigy çuň ewtektiki eredijiler (NADES)-iň işlenip düzülmegine getirdi. Olar henizem DES hökmünde klassifikasiýa edilýär, ýöne tebigy maddalardan we duzlardan, şol sanda kaliý hloridinden (KCl), kalsiý hloridinden (CaCl2), Epsom duzlaryndan (MgSO4.7H2O) we beýlekilerden ybarat. DES we NADES-iň köp sanly mümkin bolan kombinasiýalary bu ugurda ylmy barlaglar üçin giň gerim açýar we dürli ugurlarda ulanylyşyny tapmagyna garaşylýar. Birnäçe ylmy işgär dürli ulanylyşlarda netijelidigini subut eden täze DES kombinasiýalaryny üstünlikli işläp düzdi. Mysal üçin, Naser we beýlekiler 2013-nji ýylda kaliý karbonat esasly DES-i sintez etdiler we onuň termofiziki häsiýetlerini öwrendiler, olar soňra gidratyň inhibisiýasy, buraw suwuklygynyň goşundylary, delignifikasiýa we nanofibrilýasiýa ugurlarynda ulanylyşyny tapdylar. 23 Jordy Kim we onuň kärdeşleri askorbin kislotasyna esaslanýan NADES işläp düzdüler we onuň dürli ulanylyşlardaky antioksidant häsiýetlerini baha berdiler. 24 Christer we beýlekiler limon kislotasyna esaslanýan NADES işläp düzdüler we onuň kollagen önümleri üçin kömekçi madda hökmünde mümkinçiliklerini anykladylar. 25 Liu Ýi we onuň kärdeşleri giňişleýin gözden geçirişde NADES-iň ekstraksiýa we hromatografiýa serişdesi hökmünde ulanylyşyny jemlediler, Misan we beýlekiler bolsa NADES-iň oba hojalyk-azyk pudagynda üstünlikli ulanylyşyny ara alyp maslahatlaşdylar. Buraw suwuklygyny öwrenýänleriň öz ulanylyşlarynda NADES-iň netijeliligine üns bermäge başlamagy örän möhümdir. 2023-nji ýylda Rasul we beýlekiler askorbin kislotasyna esaslanýan tebigy çuň ewtektik erginleriň dürli kombinasiýalaryny ulandylar26, kalsiý hloridine27, kaliý hloridine28 we Epsom duzuna29 esaslanýan tebigy çuň ewtektik erginleriň dürli kombinasiýalaryny ulandylar we täsirli slanesiň öňüni alyş we slanesiň dikeldilmegine ýetdiler. Bu gözleg, KCl, imidazolil esasly ion suwuklyklary we däp bolan DES ýaly däp bolan ingibitorlar bilen deňeşdirilende, ajaýyp ekologiýa durnuklylygy, gowulanan ingibitor ukyby we gowulanan suwuklyk öndürijiligi bilen tapawutlanýan, suw esasly buraw suwuklyklarynda ekologiýa taýdan arassa we netijeli slanes ingibitory hökmünde NADES-i (esasanam limon turşusy we gliserol esasyndaky formula) ilkinji gözlegleriň biridir.
Bu gözleg limon turşusy (CA) esasyndaky NADES-iň içerki taýýarlanylmagyny, soňra jikme-jik fiziki-himiki häsiýetnamalaryň we onuň buraw suwuklygynyň häsiýetlerini we onuň şişmeginiň öňüni alyş ukybyny bahalandyrmak üçin buraw suwuklygynyň goşundysy hökmünde ulanylmagyny öz içine alar. Bu gözlegde CA wodorod baglanyşygyny kabul ediji hökmünde hereket eder, gliserin (Gly) bolsa slanesiň öňüni alyş gözleglerinde NADES-iň emele gelmegi/saýlanmagy üçin MH skrining kriteriýalaryna esaslanyp saýlanan wodorod baglanyşygynyň donorlary hökmünde hereket eder30. Furýe transformasiýasy infragyzyl spektroskopiýasy (FTIR), rentgen difraksiýasy (XRD) we zeta potensialy (ZP) ölçegleri NADES-toýun özara täsirlerini we toýun şişmeginiň öňüni alyşynyň esasy mehanizmini aýdyňlaşdyrar. Mundan başga-da, bu gözlegde CA NADES esasyndaky buraw suwuklygy 1-etil-3-metilimidazoliý hlorid [EMIM]Cl7,12,14,17,31, KCl we holin hlorid:mochevina (1:2) esasyndaky DES32 bilen deňeşdirilip, olaryň slanesiň öňüni alyşda we buraw suwuklygynyň işini gowulandyrmakda netijeliligini öwrener.
Limon kislotasy (monogidrat), gliserin (99 USP) we karbamid Malaýziýanyň Kuala-Lumpur şäherindäki "EvaChem" kompaniýasyndan satyn alyndy. Holin hlorid (>98%), [EMIM]Cl 98% we kaliý hlorid Malaýziýanyň "Sigma Aldrich" kompaniýasyndan satyn alyndy. Ähli himiki maddalaryň himiki gurluşlary 1-nji suratda görkezilen. Ýaşyl diagramma bu gözlegde ulanylan esasy himiki maddalary deňeşdirýär: imidazolil ion suwuklygy, holin hlorid (DES), limon kislotasy, gliserin, kaliý hlorid we NADES (limon kislotasy we gliserin). Bu gözlegde ulanylan himiki maddalaryň ekologiýa taýdan arassalyk tablisasy 1-nji tablisada görkezilen. Tablisada her bir himiki madda zäherlilik, biodegradasiýa, gymmat we daşky gurşawyň durnuklylygy esasynda bahalandyrylýar.
Bu gözlegde ulanylan materiallaryň himiki gurluşlary: (a) limon turşusy, (b) [EMIM]Cl, (c) holin hlorid we (d) gliserol.
CA (tebigy çuň ewtektik ergin) esasyndaky NADES-i işläp düzmek üçin wodorod baglanyşygynyň donorynyň (HBD) we wodorod baglanyşygynyň akseptorynyň (HBA) kandidatlary netijeli slanets ingibitorlary hökmünde NADES-i işläp düzmek üçin niýetlenen MH 30 saýlama kriteriýalaryna laýyklykda üns bilen saýlandy. Bu kriteriýa laýyklykda, köp sanly wodorod baglanyşygynyň donorlary we akseptorlary, şeýle hem polýar funksional toparlary bolan komponentler NADES-i işläp düzmek üçin amatly hasaplanýar.
Mundan başga-da, bu barlagda deňeşdirmek üçin ion suwuklygy [EMIM]Cl we holin hlorid: moçewina çuň ewtektik ergin (DES) saýlanyldy, sebäbi olar buraw suwuklygynyň goşundylary hökmünde giňden ulanylýar33,34,35,36. Mundan başga-da, kaliý hlorid (KCl) deňeşdirildi, sebäbi ol umumy ingibitordyr.
Limon kislotasy we gliserin dürli molar gatnaşykda garyşdyrylyp, ewtektiki garyndylar alyndy. Wizual barlag ewtektiki garyndynyň bulanyk bolmadyk birmeňzeş, açyk suwuklykdygyny görkezdi, bu bolsa wodorod baglanyşygynyň donorynyň (HBD) we wodorod baglanyşygynyň akseptorynyň (HBA) bu ewtektiki düzümde üstünlikli garyşdyrylandygyny görkezýär. HBD we HBA garyşdyryş prosesiniň temperatura baglylygyny synlamak üçin deslapky tejribeler geçirildi. Elýeterli edebiýata görä, ewtektiki garyndylaryň paýy 50 °C, 70 °C we 100 °C-den ýokary üç aýratyn temperaturada bahalandyryldy, bu bolsa ewtektiki temperaturanyň adatça 50–80 °C aralygynda bolýandygyny görkezýär. HBD we HBA böleklerini takyk ölçemek üçin Mettler sanly terezi ulanyldy, HBD we HBA-ny gözegçilikli şertlerde 100 aýlaw/minutda gyzdyrmak we garyşdyrmak üçin Thermo Fisher gyzgyn plita ulanyldy.
Sintezlenen çuňňur ewtektiki erginimiziň (DES) termofiziki häsiýetleri, şol sanda dykyzlyk, ýüzleý dartgynlyk, döwülme görkezijisi we ýapyşyklyk 289,15-den 333,15 K-e çenli temperatura aralygynda takyk ölçeldi. Bu temperatura aralygynyň, esasan, bar bolan enjamlaryň çäklendirmeleri sebäpli saýlanandygyny bellemeli. Giňişleýin seljerme bu NADES formulasynyň dürli termofiziki häsiýetleriniň çuňňur öwrenilmegini öz içine aldy we olaryň dürli temperatura aralygyndaky hereketlerini açyp görkezdi. Bu aýratyn temperatura aralygyna ünsi jemlemek, birnäçe ulanylyş üçin aýratyn möhüm bolan NADES häsiýetlerine düşünmäge mümkinçilik berýär.
Taýýarlanan NADES-iň ýüzleý dartgynlylygy 289,15-den 333,15 K-a çenli aralykda, ýüzara dartgynlylyk ölçeýjisi (IFT700) ulanylyp ölçeldi. NADES damjalary belli bir temperatura we basyş şertlerinde kapillýar iňňe arkaly köp mukdarda suwuklyk bilen doldurylan kamerada emele gelýär. Häzirki zaman surat ulgamlary Laplas deňlemesini ulanyp, ýüzara dartgynlylygy hasaplamak üçin degişli geometrik parametrleri girizýär.
Täze taýýarlanan NADES-iň 289,15-den 333,15 K-e çenli temperatura aralygyndaky döwülme görkezijisini kesgitlemek üçin ATAGO refraktometri ulanyldy. Enjam temperaturany düzgünleşdirmek üçin termomoduly ulanýar we ýagtylygyň döwülme derejesini kesgitleýär, bu bolsa yzygiderli temperaturaly suw wannasyna zerurlygy aradan aýyrýar. Refraktometriň prizma ýüzüni arassalamak we nusga ergini onuň üstünde deň paýlamak gerek. Belli standart ergin bilen kalibrläň we soňra ekrandan döwülme görkezijisini okaň.
Taýýarlanan NADES-iň ýapyşganlygy 289,15-den 333,15 K-a çenli temperatura aralygynda Brukfild aýlanýan wiskozimetri (kriogen görnüşli) ulanyp, 30 aýlaw/minut kesiş tizliginde we 6 şpindel ölçeginde ölçeldi. Wiskozimetr ýapyşganlygy suwuk nusgada şpindeliň yzygiderli tizlikde aýlanmagy üçin zerur bolan momenti kesgitlemek arkaly ölçeýär. Nusga şpindeliň aşagyndaky ekrana goýulyp, berkilenden soň, wiskozimetr ýapyşganlygy santipuazda (cP) görkezýär we suwuklygyň reologiki häsiýetleri barada gymmatly maglumat berýär.
289.15–333.15 K temperatura aralygynda täze taýýarlanan tebigy çuň ewtektik eredijiniň (NDEES) dykyzlygyny kesgitlemek üçin DMA 35 Basic göterilýän dykyzlyk ölçeýji ulanyldy. Enjamyň içine gurlan gyzdyryjysy ýok bolany üçin, NADES dykyzlyk ölçeýjisini ulanmazdan öň, ony görkezilen temperatura (± 2 °C) çenli gyzdyrmaly. Tüpden azyndan 2 ml nusga alyň, şonda dykyzlyk derrew ekranda görkeziler. Gurlan gyzdyryjynyň ýoklugy sebäpli ölçeg netijelerinde ± 2 °C ýalňyşlygyň bardygyny bellemek gerek.
Täze taýýarlanan NADES-iň pH derejesini 289.15–333.15 K temperatura aralygynda kesgitlemek üçin biz Kenis stoluň üstünde işleýän pH ölçeýjisini ulandyk. Içinde gyzdyryjy enjam ýok bolany üçin, NADES ilki gyzdyryjy plita arkaly islenýän temperatura (±2 °C) çenli gyzdyryldy we soňra pH ölçeýjisi bilen gönüden-göni ölçeldi. pH ölçeýji zondyny NADES-e doly batyryň we görkeziji durnuklaşandan soň gutarnykly gymmaty ýazyň.
Tebigy çuň ewtektiki erginleriň (NADES) termal durnuklylygyny bahalandyrmak üçin termograwimetriki analiz (TGA) ulanyldy. Nusgalar gyzdyrylanda analiz edildi. Ýokary takyklykly balansy ulanyp we gyzdyryş prosesini üns bilen gözegçilik edip, massa ýitgisiniň temperatura bilen deňeşdirilende grafigi döredildi. NADES 0-dan 500 °C-a çenli minutda 1 °C tizlikde gyzdyryldy.
Prosesi başlatmak üçin, NADES nusgasy doly garyşdyrylmaly, gomogenleşdirilmeli we ýerüsti çyglylyk aýrylmaly. Taýýarlanan nusga soňra TGA küwete goýulýar, ol adatça alýumin ýaly inert materialdan ýasalýar. Takyk netijeleri üpjün etmek üçin, TGA enjamlary salgylanma materiallary, adatça agram standartlary arkaly kalibrlenýär. Kalibrlenenden soň, TGA tejribesi başlaýar we nusga gözegçilik edilýän usulda, adatça yzygiderli tizlikde gyzdyrylýar. Nusga agramy bilen temperatura arasyndaky gatnaşygy yzygiderli gözegçilikde saklamak synagyň esasy bölegidir. TGA enjamlary temperatura, agram we gaz akymy ýa-da nusga temperaturasy ýaly beýleki parametrler barada maglumatlary ýygnaýar. TGA tejribesi tamamlanandan soň, ýygnalan maglumatlar nusga agramynyň üýtgemegini temperatura funksiýasy hökmünde kesgitlemek üçin seljerilýär. Bu maglumat nusgadaky fiziki we himiki üýtgeşmeler bilen baglanyşykly temperatura aralyklaryny, şol sanda ereme, buharlanma, oksidlenme ýa-da parçalanma ýaly prosesleri kesgitlemekde gymmatlydyr.
Suw esasly buraw suwuklygy API 13B-1 standartyna laýyklykda üns bilen düzüldi we onuň aýratyn düzümi salgylanmak üçin 2-nji tablisada görkezilen. Tebigy çuň ewtektik erginini (NADES) taýýarlamak üçin Malaýziýanyň Sigma Aldrich şäherinden limon turşusy we gliserin (99 USP) satyn alyndy. Mundan başga-da, adaty slanes ingibitory kaliý hlorid (KCl) hem Malaýziýanyň Sigma Aldrich şäherinden satyn alyndy. Buraw suwuklygynyň reologiýasyny we slanes ingibisiýasyny gowulandyrmakda uly täsir edýändigi üçin 98% -den gowrak arassalykdaky 1-etil, 3-metilimidazoliý hlorid ([EMIM]Cl) saýlanyldy, bu bolsa öňki barlaglarda tassyklanyldy. NADES-iň slanes ingibisiýa işini bahalandyrmak üçin deňeşdirme seljermesinde KCl we ([EMIM]Cl) ulanylar.
Köp ylmy işgärler slanes şişmegini öwrenmek üçin bentonit böleklerini ulanmagy makul bilýärler, sebäbi bentonit slanes şişmegine sebäp bolýan şol bir "montmorillonit" toparyny öz içine alýar. Hakyky slanes özen nusgalaryny almak kyn, sebäbi özen çykarmak prosesi slanesiň durnuksyzlygyna getirýär, netijede doly slanes däl-de, adatça çäge daşy we hek daşy gatlaklarynyň garyndysyny öz içine alýan nusgalar emele gelýär. Mundan başga-da, slanes nusgalarynda adatça slanes şişmegine sebäp bolýan montmorillonit toparlary ýok we şonuň üçin şişmegiň öňüni alyş tejribeleri üçin ýaramsyzdyr.
Bu gözlegde biz diametri takmynan 2,54 sm bolan gaýtadan dikeldilen bentonit bölejiklerini ulandyk. Granulalar 11,5 gram natriý bentonit poroşogyny gidrawliki presde 1600 psi basyşda basmak arkaly ýasaldy. Granulalaryň galyňlygy çyzykly dilatometre (LD) ýerleşdirilmezden öň takyk ölçeldi. Soňra bölejikler esasy nusgalar we slanes şişmeginiň öňüni almak üçin ulanylýan ingibitorlar bilen inýeksiýa edilen nusgalar ýaly buraw suwuklygynyň nusgalaryna batyryldy. Soňra granulalaryň galyňlygynyň üýtgemegi LD arkaly üns bilen gözegçilik edildi we ölçegler 24 sagatlap 60 sekunt aralyk bilen ýazylyp alyndy.
Rentgen difraksiýasy bentonidiň düzüminiň, esasanam onuň 47% montmorillonit böleginiň, onuň geologiki aýratynlyklaryny düşünmekde esasy faktor bolup durýandygyny görkezdi. Bentonidiň montmorillonit bölekleriniň arasynda montmorillonit esasy bölek bolup, umumy bölekleriň 88,6% -ni düzýär. Şol bir wagtyň özünde kwarts 29%, illit 7% we karbonat 9% -ni düzýär. Kiçi bir bölegi (takmynan 3,2%) illit we montmorillonit garyndysydyr. Mundan başga-da, onuň düzüminde Fe2O3 (4,7%), kümüş alýuminosilikat (1,2%), muskowit (4%) we fosfat (2,3%) ýaly mikroelementler bar. Mundan başga-da, az mukdarda Na2O (1,83%) we demir silikat (2,17%) bar, bu bolsa bentonidiň düzüm böleklerini we olaryň degişli paýlaryny doly baha bermäge mümkinçilik berýär.
Bu giňişleýin gözleg bölüminde tebigy çuň ewtektiki ergin (NADES) ulanylyp taýýarlanan we dürli konsentrasiýalarda (1%, 3% we 5%) buraw suwuklygy goşundysy hökmünde ulanylýan buraw suwuklygy nusgalarynyň reologiki we süzgüç häsiýetleri jikme-jik beýan edilýär. Soňra NADES esasyndaky şlam nusgalary kaliý hloridinden (KCl), CC:mochevina DES (holin hlorid çuň ewtektiki ergin:mochevina) we ion suwuklyklaryndan ybarat bolan şlam nusgalary bilen deňeşdirildi we seljerildi. Bu gözlegde birnäçe esasy parametrler, şol sanda 100°C we 150°C temperaturada garrama şertlerine sezewar bolmazdan öň we soň FANN wiskozimetri arkaly alnan ýapyşyklyk görkezijileri göz öňünde tutuldy. Ölçegler dürli aýlanma tizliklerinde (3 aýlaw/minut, 6 aýlaw/minut, 300 aýlaw/minut we 600 aýlaw/minut) geçirildi, bu bolsa buraw suwuklygynyň hereketini giňişleýin seljermäge mümkinçilik berdi. Soňra alnan maglumatlar dürli şertlerde suwuklygyň işleýşi barada düşünje berýän akym nokady (YP) we plastik ýapyşyklyk (PV) ýaly esasy häsiýetleri kesgitlemek üçin ulanylyp bilner. 400 psi we 150°C (ýokary temperaturaly guýulardaky adaty temperatura) ýokary basyşly ýokary temperatura (HPHT) süzgüçleme synaglary süzgüçleme işini (tort galyňlygyny we süzgüç möçberini) kesgitleýär.
Bu bölümde suw esasly buraw suwuklyklarymyzyň slanesiň şişmeginiň öňüni alyş häsiýetlerini düýpli bahalandyrmak üçin iň täze enjamlar, Grace HPHT Linear Dilatometri (M4600) ulanylýar. LSM iki bölekden ybarat bolan iň täze enjamdyr: plastinka kompaktory we linear dilatometr (model: M4600). Bentonit plitalary Grace Core/Plate Compactor ulanylyp seljerme üçin taýýarlanyldy. Soňra LSM bu plitalarda derrew şişme maglumatlaryny berýär, bu bolsa slanesiň şişmeginiň öňüni alyş häsiýetlerini doly bahalandyrmaga mümkinçilik berýär. Slanes giňelme synaglary daşky gurşaw şertlerinde, ýagny 25°C we 1 psia temperaturada geçirildi.
Slanes durnuklylygyny synag etmek köplenç slanes dikeltmek synagy, slanes çökündi synagy ýa-da slanes dispersiýa synagy diýlip atlandyrylýan esasy synagy öz içine alýar. Bu bahalandyrmany başlamak üçin, slanes şlamlary #6 BSS ekranynda bölünýär we soňra #10 ekranyna goýulýar. Soňra şlamlar saklama bakyna berilýär, ol ýerde olar esasy suwuklyk we NADES (Tebigy çuň ewtektiki ergin) öz içine alýan buraw palçygy bilen garyşdyrylýar. Indiki ädim, şlamlaryň we palçygyň doly garyşdyrylmagyny üpjün edip, garyndyny güýçli gyzgyn prokat prosesi üçin peje goýmakdyr. 16 sagatdan soň, şlamlaryň çüýremegine rugsat bermek arkaly şlamlar sellýulozadan aýrylýar, bu bolsa şlamlaryň agramynyň azalmagyna getirýär. Slanes dikeltmek synagy, şlamlar 24 sagadyň dowamynda 150°C we 1000 psi. dýuým buraw palçygynda saklanandan soň geçirildi.
Slan palçygynyň gaýtadan dikeldilmegini ölçemek üçin, biz ony has inçe elakdan (40 mesh) süzdük, soňra suw bilen gowy ýuwduk we ahyrsoňy peçde guradyk. Bu agyr prosedura bize gaýtadan dikeldilen palçygy asyl agramy bilen deňeşdirmäge, netijede üstünlikli gaýtadan dikeldilen slan palçygynyň prosentini hasaplamaga mümkinçilik berýär. Slan nusgalarynyň çeşmesi Malaýziýanyň Sarawak şäheriniň Miri etrabynyň Niah etrabyndan. Dispersiýa we gaýtadan dikeldilme synaglaryndan öň, slan nusgalary toýun düzümini kesgitlemek we synag üçin ýaramlylygyny tassyklamak üçin düýpli rentgen difraksiýasy (XRD) seljermesine sezewar edildi. Nusganyň toýun mineral düzümi aşakdaky ýaly: illit 18%, kaolinit 31%, hlorit 22%, wermikulit 10% we slýuda 19%.
Ýüzleý dartgynlylyk suw kationlarynyň kapillýar täsir arkaly slanes mikrogözeneklerine aralaşmagyny gözegçilikde saklaýan esasy faktor bolup, bu bölümde jikme-jik öwreniler. Bu makalada buraw suwuklyklarynyň birleşme häsiýetinde ýüzleý dartgynlylygyň roluny öwrenilýär we onuň buraw prosesine, esasanam slanesiň tormozlanmagyna edýän möhüm täsiri görkezilýär. Buraw suwuklyk nusgalarynyň ýüzleý dartgynlylygyny takyk ölçemek üçin biz interfazial tensiometri (IFT700) ulandyk we slanesiň tormozlanmagy kontekstinde suwuklygyň hereketiniň möhüm tarapyny açdyk.
Bu bölümde d-gatlak aralygy, ýagny alýuminosilikat gatlaklary bilen toýunlardaky bir alýuminosilikat gatlagynyň arasyndaky gatlak aralygy jikme-jik ara alnyp maslahatlaşylýar. Analiz deňeşdirmek üçin 1%, 3% we 5% CA NADES, şeýle hem 3% KCl, 3% [EMIM]Cl we 3% CC:mochevina esasly DES saklaýan çygly palçyk nusgalaryny öz içine aldy. Cu-Kα şöhlelenmesi (λ = 1.54059 Å) bilen 40 mA we 45 kW-da işleýän iň täze stolüstü rentgen difraktometri (D2 Phaser) çygly we gurak Na-Bt nusgalarynyň rentgen difraksiya depelerini ýazga almakda möhüm rol oýnady. Bragg deňlemesiniň ulanylmagy d-gatlak aralygyny takyk kesgitlemäge mümkinçilik berýär we şeýdip toýun häsiýeti barada gymmatly maglumat berýär.
Bu bölümde zeta potensialyny takyk ölçemek üçin ösen Malvern Zetasizer Nano ZSP guraly ulanylýar. Bu bahalandyrma deňeşdirme seljermesi üçin 1%, 3% we 5% CA NADES, şeýle hem 3% KCl, 3% [EMIM]Cl we 3% CC:mochevina esasly DES saklaýan suwuklandyrylan palçyk nusgalarynyň zarýad häsiýetleri barada gymmatly maglumatlar berdi. Bu netijeler kolloid birleşmeleriň durnuklylygyny we olaryň suwuklyklardaky özara täsirlerini düşünmegimize goşant goşýar.
Toýun nusgalary tebigy çuň ewtektiki ergin (NADES) täsirinden öň we soň energiýa dispersiýa rentgen şöhlesi (EDX) bilen enjamlaşdyrylan Zeiss Supra 55 VP meýdan emissiýa skanerleýji elektron mikroskopy (FESEM) arkaly barlandy. Surat çözgüdi 500 nm, elektron şöhlesiniň energiýasy bolsa 30 kV we 50 kV boldy. FESEM toýun nusgalarynyň ýüz morfologiýasyny we gurluş aýratynlyklaryny ýokary çözgütli wizualizasiýa bilen üpjün edýär. Bu gözlegiň maksady täsirinden öň we soň alnan suratlary deňeşdirmek arkaly NADES-iň toýun nusgalaryna täsiri barada maglumat almakdy.
Bu gözlegde, NADES-iň mikroskopik derejede toýun nusgalaryna täsirini öwrenmek üçin meýdan emissiýa skanerleme elektron mikroskopiýasy (FESEM) tehnologiýasy ulanyldy. Bu gözlegiň maksady NADES-iň mümkin bolan ulanylyşyny we onuň toýun morfologiýasyna we ortaça bölejik ölçegine täsirini düşündirmekdir, bu bolsa bu ugurda gözlegler üçin gymmatly maglumat berer.
Bu gözlegde, synag şertlerinde ortaça göterim ýalňyşlygynyň (AMPE) üýtgeýänligini we näbelliligini wizual suratda beýan etmek üçin ýalňyşlyk sütunlary ulanyldy. Aýry-aýry AMPE gymmatlyklaryny çyzmagyň ýerine (AMPE gymmatlyklaryny çyzmak meýilleri gizlemegi we kiçi üýtgeşmeleri ulaltmagy mümkin bolany üçin), biz ýalňyşlyk sütunlaryny 5% düzgünini ulanyp hasaplaýarys. Bu çemeleşme her bir ýalňyşlyk sütunynyň 95% ynam aralygynyň we AMPE gymmatlyklarynyň 100% -iniň düşmegine garaşylýan aralygy görkezmegini üpjün edýär, şeýlelik bilen her bir synag şerti üçin maglumatlaryň paýlanyşynyň has aýdyň we gysgaça mazmunyny berýär. Şeýlelik bilen, 5% düzgünine esaslanýan ýalňyşlyk sütunlaryny ulanmak grafiki beýanlaryň düşündirilmegini we ygtybarlylygyny ýokarlandyrýar we netijeleriň we olaryň netijeleriniň has jikme-jik düşünilmegine kömek edýär.
Tebigy çuň ewtektiki eredijileriň (NADES) sintezinde, içerki taýýarlamak prosesinde birnäçe esasy parametrler üns bilen öwrenildi. Bu möhüm faktorlara temperatura, molar gatnaşygy we garyşdyrma tizligi girýär. Biziň tejribelerimiz HBA (limon kislotasy) we HBD (gliserin) 50°C-de 1:4 molar gatnaşygynda garylanda, ewtektiki garyndynyň emele gelýändigini görkezýär. Ewtektiki garyndynyň tapawutly aýratynlygy onuň açyk, birmeňzeş görnüşi we çökündiniň ýoklugydyr. Şeýlelik bilen, bu esasy ädim molar gatnaşygynyň, temperaturanyň we garyşdyrma tizliginiň möhümdigini görkezýär, olaryň arasynda molar gatnaşygy 2-nji suratda görkezilişi ýaly DES we NADES taýýarlamakda iň täsirli faktor boldy.
Döwülme görkezijisi (n) wakuumdaky ýagtylygyň tizliginiň ikinji, has dykyz gurşawdaky ýagtylygyň tizligine gatnaşygyny görkezýär. Döwülme görkezijisi biosensorlar ýaly optiki taýdan duýgur ulanylyşlary göz öňünde tutulanda tebigy çuň ewtektiki erginler (NADES) üçin aýratyn gyzyklanma döredýär. Öwrenilen NADES-iň 25 °C-däki döwülme görkezijisi 1,452 boldy, bu bolsa gliseriniňkiden gyzykly derejede pes.
NADES-iň döwülme görkezijisiniň temperatura bilen azalýandygyny we bu meýliň (1) formula we 3-nji surat arkaly takyk beýan edilip bilinjekdigini bellemek gerek, mutlak ortaça göterim ýalňyşlygy (AMPE) 0% ýetýär. Bu temperatura bagly hereket ýokary temperaturada ýapyşyklygyň we dykyzlygyň peselmegi bilen düşündirilýär, bu bolsa ýagtylygyň gurşawdan has ýokary tizlikde geçmegine sebäp bolýar we netijede döwülme görkezijisiniň (n) gymmaty peselýär. Bu netijeler NADES-iň optiki duýgyda strategik ulanylyşy barada gymmatly maglumatlary berýär we biosensor ulanylyş mümkinçiliklerini görkezýär.
Suwuk ýüzüň öz meýdanyny kiçeltmäge meýillidigini görkezýän ýüz dartgynlylygy, kapillýar basyş esasynda ulanylýan tebigy çuň ewtektiki erginleriň (NADES) amatlylygyny bahalandyrmakda uly ähmiýete eýedir. 25–60 °C temperatura aralygynda ýüz dartgynlylygynyň öwrenilmegi gymmatly maglumat berýär. 25 °C-de limon kislotasyna esaslanýan NADES-iň ýüz dartgynlylygy 55,42 mN/m boldy, bu bolsa suw we gliserin bilen deňeşdirilende ep-esli pesdir. 4-nji suratda ýüz dartgynlylygynyň temperatura ýokarlanmagy bilen ep-esli azalýandygy görkezilýär. Bu hadysa molekulýar kinetik energiýanyň artmagy we soňra molekulalar arasyndaky özüne çekiji güýçleriň azalmagy bilen düşündirilip bilner.
Öwrenilen NADES-de syn edilen ýüzleý dartgynlylygyň çyzykly pese gaçma meýli (2) deňleme bilen gowy beýan edilip bilner, bu bolsa 25–60 °C temperatura aralygyndaky esasy matematiki gatnaşygy görkezýär. 4-nji suratdaky grafik temperatura bilen ýüzleý dartgynlylygyň meýlini 1,4% absolýut ortaça göterim ýalňyşlygy (AMPE) bilen aýdyň görkezýär, bu bolsa habar berlen ýüzleý dartgynlylyk gymmatlyklarynyň takyklygyny kesgitleýär. Bu netijeler NADES-iň özüni alyp barşyny we onuň mümkin bolan ulanylyşyny düşünmek üçin möhüm ähmiýete eýedir.
Tebigy çuň ewtektiki erginleriň (NADES) dykyzlyk dinamikasyny düşünmek, olaryň köp sanly ylmy barlaglarda ulanylmagyny ýeňilleşdirmek üçin örän möhümdir. Limon kislotasyna esaslanýan NADES-iň 25°C-däki dykyzlygy 1,361 g/sm3-e deňdir, bu bolsa esasy gliserolyň dykyzlygyndan ýokarydyr. Bu tapawudy gliserola wodorod baglanyşygynyň akseptorynyň (limon kislotasynyň) goşulmagy bilen düşündirip bolýar.
Sitrat esasly NADES-i mysal hökmünde alsak, onuň dykyzlygy 60°C-da 1,19 g/sm3-e çenli düşýär. Gyzdyrylanda kinetiki energiýanyň artmagy NADES molekulalarynyň dargamagyna sebäp bolýar we olaryň has uly göwrümde ýerleşmegine sebäp bolýar, netijede dykyzlygyň azalmagyna getirýär. Synlanan dykyzlygyň peselmegi temperaturanyň artmagy bilen belli bir çyzykly korrelýasiýany görkezýär, muny (3) formula bilen dogry beýan edip bolýar. 5-nji suratda NADES dykyzlygynyň üýtgemeginiň bu häsiýetnamalary grafiki taýdan 1,12% absolýut ortaça prosent ýalňyşlygy (AMPE) bilen görkezilýär, bu bolsa habar berlen dykyzlyk gymmatlyklarynyň takyklygynyň mukdaryny ölçeýär.
Ýuwaşlyk hereketdäki suwuklygyň dürli gatlaklarynyň arasyndaky özüne çekiji güýçdür we tebigy çuň ewtektiki eritijileriň (NADES) dürli ulanylyşlarda ulanylmagyny düşünmekde möhüm rol oýnaýar. 25 °C-de NADES-iň ýapyşlygy 951 cP boldy, bu bolsa gliseriniňkiden ýokarydyr.
Temperaturanyň ýokarlanmagy bilen ýapyşlylygyň peselmegi, esasan, molekulalar arasyndaky özüne çekiji güýçleriň gowşamagy bilen düşündirilýär. Bu hadysa suwuklygyň ýapyşlylygynyň peselmegine getirýär, bu meýil 6-njy suratda aýdyň görkezilýär we (4) deňleme bilen kesgitlenýär. Belli bir zat, 60°C-da ýapyşlylyk 898 cP-e çenli düşýär we umumy ortaça göterim ýalňyşlygy (AMPE) 1,4% bolýar. NADES-de ýapyşlylygyň temperatura baglylygyna jikme-jik düşünmek, onuň amaly ulanylyşy üçin uly ähmiýete eýedir.
Wodorod ionlarynyň konsentrasiýasynyň negatiw logarifmi bilen kesgitlenýän erginiň pH derejesi, esasanam DNK sintezi ýaly pH-a duýgur ulanylyşlarda örän möhümdir, şonuň üçin NADES-iň pH derejesi ulanmazdan öň üns bilen öwrenilmelidir. Mysal hökmünde limon kislotasyna esaslanýan NADES-i alyp, gliseriniň deňeşdirme boýunça neýtral pH derejesinden düýpli tapawutlanýan 1,91-e deň bolan aýdyň kislotaly pH-ny synlap bolýar.
Gyzykly tarapy, tebigy limon kislotasy dehidrogenaza ereýän erijiniň (NADES) pH derejesi temperatura ýokarlananda çyzykly däl pese gaçma meýlini görkezdi. Bu hadysa erginde H+ deňagramlylygyny bozýan molekulýar titremeleriň artmagy bilen baglanyşyklydyr, bu bolsa [H]+ ionlarynyň emele gelmegine we öz gezeginde pH gymmatynyň üýtgemegine getirýär. Limon kislotasynyň tebigy pH derejesi 3-den 5-e çenli üýtgeýän bolsa-da, gliserolda kislotaly wodorodyň bolmagy pH-ny has-da 1,91-e çenli peseldýär.
Sitrat esasly NADES-iň 25–60 °C temperatura aralygyndaky pH häsiýetini (5) deňleme bilen degişli görnüşde görkezmek bolar, bu bolsa synlanan pH meýiliniň matematiki aňlatmasyny berýär. 7-nji suratda bu gyzykly gatnaşyk grafiki taýdan görkezilýär, temperaturanyň NADES-iň pH-na täsiri görkezilýär, bu bolsa AMPE üçin 1,4% diýlip habar berilýär.
Tebigy limon kislotasynyň çuň ewtektik eredijisiniň (NADES) termograwimetrik analizi (TGA) otagyň temperaturasyndan 500 °C-a çenli temperatura aralygynda yzygiderli geçirildi. 8a we b suratlaryndan görnüşi ýaly, 100 °C-a çenli başlangyç massa ýitgisi, esasan, siňdirilen suw we limon kislotasy we arassa gliserin bilen baglanyşykly gidratasiýa suwy sebäpli boldy. 180 °C-a çenli massanyň takmynan 88% saklanmagy syn edildi, bu esasan limon kislotasynyň akonit kislotasyna parçalanmagy we soňra has gyzdyrylanda metilmalein angidridiniň (III) emele gelmegi bilen baglanyşykly boldy (8b surat). 180 °C-dan ýokary temperaturada, 8b37 suratda görkezilişi ýaly, gliserinde akroleiniň (akrilaldegid) aýdyň görünmegi hem syn edilip bilner.
Gliseriniň termograwimetriki analizi (TGA) iki tapgyrly massa ýitgisiniň prosesini ýüze çykardy. Başlangyç tapgyr (180-den 220 °C-a çenli) akroleiniň emele gelmegini öz içine alýar, soňra 230-dan 300 °C-a çenli ýokary temperaturada massanyň ep-esli ýitgisi bolýar (8a-njy surat). Temperatura ýokarlananda, asetaldegid, uglerod dioksidi, metan we wodorod yzygiderli emele gelýär. Üns beriň, massanyň diňe 28% -i 300 °C-da saklanyp galypdyr, bu bolsa NADES 8(a)38,39-yň içki häsiýetleriniň kemçilikli bolmagynyň mümkindigini görkezýär.
Täze himiki baglanyşyklaryň emele gelmegi barada maglumat almak üçin, tebigy çuň ewtektiki erginleriň (NADES) täze taýýarlanan suspenziýalary Furýe transform infragyzyl spektroskopiýasy (FTIR) arkaly seljerildi. Analiz NADES suspenziýasynyň spektrini arassa limon turşusynyň (CA) we gliserolyň (Gly) spektrleri bilen deňeşdirmek arkaly geçirildi. CA spektri 1752 1/sm3 we 1673 1/sm3-de aýdyň pikleri görkezdi, olar C=O baglanyşygynyň dartgyn titremelerini görkezýär we CA-a hem häsiýetlidir. Mundan başga-da, 9-njy suratda görkezilişi ýaly, barmak yzlary sebitinde 1360 1/sm3-de OH egilme titremesinde ep-esli üýtgeme syn edildi.
Şonuň ýaly-da, gliserol ýagdaýynda, OH dartgyn we egilme titremeleriniň süýşmeleri degişlilikde 3291 1/sm we 1414 1/sm tolkun sanlarynda tapyldy. Indi, taýýarlanan NADES spektrini seljermek arkaly spektrde möhüm üýtgeşme tapyldy. 7-nji suratda görkezilişi ýaly, C=O baglanyşygynyň dartgyn titremesi 1752 1/sm-den 1720 1/sm-e, gliserolyň -OH baglanyşygynyň egilme titremesi bolsa 1414 1/sm-den 1359 1/sm-e süýşdi. Tolkun sanlaryndaky bu üýtgeşmeler NADES gurluşynda täze himiki baglanyşyklaryň emele gelýändigini görkezýän elektronegatiwligiň üýtgemegini görkezýär.