Dankon pro via vizito al nature.com. La retumilversio, kiun vi uzas, havas limigitan subtenon por CSS. Por la plej bona sperto, ni rekomendas uzi la plej novan retumilversion (aŭ malŝalti kongruecan reĝimon en Internet Explorer). Plie, por certigi daŭran subtenon, ĉi tiu retejo ne inkluzivos stilojn aŭ JavaScript.
Ardezargila ekspansio en klastaj rezervujoj kreas signifajn problemojn, kondukante al malstabileco de putoj. Pro mediaj kialoj, la uzo de akvobazita borfluido kun aldonitaj ardezargilaj inhibitoroj estas preferata ol olebazita borfluido. Jonaj likvaĵoj (IL-oj) altiris multan atenton kiel ardezargilaj inhibitoroj pro siaj agordeblaj ecoj kaj fortaj elektrostatikaj karakterizaĵoj. Tamen, imidazolil-bazitaj jonaj likvaĵoj (IL-oj), vaste uzataj en borfluidoj, pruviĝis esti toksaj, ne-biodegradeblaj kaj multekostaj. Profundaj eŭtektaj solviloj (DES) estas konsiderataj pli kostefika kaj malpli toksa alternativo al jonaj likvaĵoj, sed ili ankoraŭ ne atingas la postulatan median daŭripovon. Lastatempaj progresoj en ĉi tiu kampo kondukis al la enkonduko de naturaj profundaj eŭtektaj solviloj (NADES), konataj pro sia vera media amikeco. Ĉi tiu studo esploris NADES-ojn, kiuj enhavas citratan acidon (kiel hidrogenliga akceptanto) kaj glicerolon (kiel hidrogenliga donacanto) kiel aldonaĵojn por borfluidoj. La borfluidoj bazitaj sur NADES estis evoluigitaj laŭ API 13B-1 kaj ilia efikeco estis komparita kun borfluidoj bazitaj sur kalioklorido, imidazolio-bazitaj jonaj likvaĵoj, kaj borfluidoj bazitaj sur kolinoklorido:ureo-DES. La fizik-kemiaj ecoj de la proprietaj NADES-oj estas detale priskribitaj. La reologiaj ecoj, fluidperdo, kaj ardezargilaj inhibiciaj ecoj de la borfluido estis taksitaj dum la studo, kaj estis montrite, ke ĉe koncentriĝo de 3% da NADES-oj, la proporcio de limstreĉo/plasta viskozeco (YP/PV) estis pliigita, la dikeco de la ŝlimkuko estis reduktita je 26%, kaj la volumeno de la filtraĵo estis reduktita je 30.1%. Rimarkinde, NADES atingis imponan ekspansian inhibician indicon de 49.14% kaj pliigis ardezargilan produktadon je 86.36%. Ĉi tiuj rezultoj estas atribuitaj al la kapablo de NADES modifi la surfacan aktivecon, zeta-potencialon, kaj intertavolan interspacon de argiloj, kiuj estas diskutitaj en ĉi tiu artikolo por kompreni la subestajn mekanismojn. Ĉi tiu daŭrigebla borfluido estas atendata revolucii la borindustrion per provizado de netoksa, kostefika kaj tre efika alternativo al tradiciaj ardezargilaj korodinhibitoroj, pavimante la vojon por ekologie sanaj borpraktikoj.
Ardezargilo estas multflanka roko, kiu servas kaj kiel fonto kaj kiel rezervujo de hidrokarbidoj, kaj ĝia pora strukturo1 provizas la potencialon por kaj produktado kaj stokado de ĉi tiuj valoraj resursoj. Tamen, ardezargilo estas riĉa je argilaj mineraloj kiel montmorilonito, smektito, kaolinito kaj ilito, kiuj igas ĝin ema al ŝveliĝo kiam eksponita al akvo, kondukante al putbora malstabileco dum boradoperacioj2,3. Ĉi tiuj problemoj povas konduki al neproduktema tempo (NPT) kaj amaso da funkciaj problemoj, inkluzive de blokitaj tuboj, perdita ŝlimocirkulado, putbora kolapso kaj bormalpuriĝo, pliigante la reakiran tempon kaj koston. Tradicie, olebazitaj borfluidoj (OBDF) estis la preferata elekto por ardezargilaj formacioj pro ilia kapablo rezisti ardezargilan ekspansion4. Tamen, la uzo de olebazitaj borfluidoj implicas pli altajn kostojn kaj mediajn riskojn. Sintezaj borfluidoj (SBDF) estis konsiderataj kiel alternativo, sed ilia taŭgeco je altaj temperaturoj estas nekontentiga. Akvobazitaj borfluidoj (WBDF) estas alloga solvo ĉar ili estas pli sekuraj, pli ekologie sanaj kaj pli kostefikaj ol OBDF5. Diversaj ardezargilaj inhibiciiloj estis uzitaj por plibonigi la ardezargilan inhibician kapablon de WBDF, inkluzive de tradiciaj inhibiciiloj kiel kalia klorido, kalko, silikato kaj polimero. Tamen, ĉi tiuj inhibiciiloj havas limigojn rilate al efikeco kaj media efiko, precipe pro la alta K+-koncentriĝo en kaliakloridaj inhibiciiloj kaj la pH-sentemo de silikatoj. 6 Esploristoj esploris la eblecon uzi jonajn likvaĵojn kiel aldonaĵojn de borfluidoj por plibonigi la reologion de borfluidoj kaj malhelpi ŝveliĝon de ardezargilo kaj hidratformadon. Tamen, ĉi tiuj jonaj likvaĵoj, precipe tiuj enhavantaj imidazolilajn katjonojn, estas ĝenerale toksaj, multekostaj, ne-biodegradeblaj kaj postulas kompleksajn preparprocezojn. Por solvi ĉi tiujn problemojn, homoj komencis serĉi pli ekonomian kaj ekologie sanan alternativon, kio kondukis al la apero de profundaj eŭtektaj solviloj (DES). DES estas eŭtekta miksaĵo formita de hidrogenliga donanto (HBD) kaj hidrogenliga akceptanto (HBA) je specifa molara proporcio kaj temperaturo. Ĉi tiuj eŭtektaj miksaĵoj havas pli malaltajn fandopunktojn ol iliaj individuaj komponantoj, ĉefe pro ŝarga delokiĝo kaŭzita de hidrogenaj ligoj. Multaj faktoroj, inkluzive de krada energio, entropia ŝanĝo, kaj interagoj inter anjonoj kaj HBD, ludas ŝlosilan rolon en malaltigo de la fandopunkto de DES.
En antaŭaj studoj, diversaj aldonaĵoj estis aldonitaj al akvobazita borfluido por solvi la problemon de ardeza ekspansio. Ekzemple, Ofei kaj aliaj aldonis 1-butil-3-metilimidazolian kloridon (BMIM-Cl), kiu signife reduktis la dikecon de la ŝlimkuko (ĝis 50%) kaj malpliigis la YP/PV-valoron je 11 ĉe malsamaj temperaturoj. Huang kaj aliaj uzis jonajn likvaĵojn (specife, 1-heksil-3-metilimidazolian bromidon kaj 1,2-bis(3-heksilimidazol-1-il)etanan bromidon) en kombinaĵo kun Na-Bt-partikloj kaj signife reduktis la ardezan ŝveliĝon je 86,43% kaj 94,17%, respektive12. Krome, Yang kaj aliaj uzis 1-vinil-3-dodecilimidazolian bromidon kaj 1-vinil-3-tetradecilimidazolian bromidon por redukti la ardezan ŝveliĝon je 16,91% kaj 5,81%, respektive. 13 Yang kaj aliaj ankaŭ uzis 1-vinil-3-etilimidazolian bromidon kaj reduktis la ardezargilan ekspansion je 31,62%, samtempe konservante la ardezargilan reakiron je 40,60%. 14 Krome, Luo kaj aliaj uzis 1-oktil-3-metilimidazolian tetrafluoroboraton por redukti la ardezargilan ŝveliĝon je 80%. 15, 16 Dai kaj aliaj uzis jonajn likvajn kopolimerojn por inhibicii ardezargilon kaj atingis 18%-an pliiĝon en lineara reakiro kompare kun aminaj inhibiciiloj. 17
Jonaj likvaĵoj mem havas kelkajn malavantaĝojn, kiuj instigis sciencistojn serĉi pli ekologie amikajn alternativojn al jonaj likvaĵoj, kaj tiel naskiĝis DES. Hanjia estis la unua, kiu uzis profundajn eŭtektajn solvilojn (DES) konsistantajn el vinila klorido-propionata acido (1:1), vinila klorido-3-fenilpropionata acido (1:2), kaj 3-merkaptopropionata acido + itakonata acido + vinila klorido (1:1:2), kiuj inhibiciis la ŝveliĝon de bentonito je 68%, 58% kaj 58%, respektive18. En libera eksperimento, MH Rasul uzis proporcion de 2:1 de glicerolo kaj kalia karbonato (DES) kaj signife reduktis la ŝveliĝon de ardezargilaj specimenoj je 87%19,20. Ma uzis ureon:vinilan kloridon por signife redukti la ekspansion de ardezargilo je 67%.21 Rasul et al. La kombinaĵo de DES kaj polimero estis uzata kiel duobla-efika ardezargila inhibiciilo, kiu atingis bonegan ardezargilan inhibician efikon22.
Kvankam profundaj eŭtektikaj solviloj (DES) estas ĝenerale konsiderataj pli verda alternativo al jonaj likvaĵoj, ili ankaŭ enhavas eble toksajn komponantojn kiel amoniaj saloj, kio igas ilian ekologiemon pridubinda. Ĉi tiu problemo kondukis al la disvolviĝo de naturaj profundaj eŭtektikaj solviloj (NADES). Ili ankoraŭ estas klasifikitaj kiel DES, sed konsistas el naturaj substancoj kaj saloj, inkluzive de kalia klorido (KCl), kalcia klorido (CaCl2), Epsom-saloj (MgSO4.7H2O), kaj aliaj. La multaj eblaj kombinaĵoj de DES kaj NADES malfermas larĝan eblecon por esplorado en ĉi tiu areo kaj oni atendas, ke ili trovos aplikojn en diversaj kampoj. Pluraj esploristoj sukcese disvolvis novajn DES-kombinaĵojn, kiuj pruviĝis efikaj en diversaj aplikoj. Ekzemple, Naser et al. 2013 sintezis DES bazitan sur kalia karbonato kaj studis ĝiajn termofizikajn ecojn, kiuj poste trovis aplikojn en la kampoj de hidratinhibicio, aldonaĵoj por borfluidoj, delignifikado kaj nanofibrilado. 23 Jordy Kim kaj kolegoj disvolvis NADES bazitan sur askorbata acido kaj taksis ĝiajn antioksidajn ecojn en diversaj aplikoj. 24 Christer kaj aliaj evoluigis citratacido-bazitan NADES kaj identigis ĝian potencialon kiel helpaĵo por kolagenaj produktoj. 25 Liu Yi kaj kolegoj resumis la aplikojn de NADES kiel ekstraktaj kaj kromatografiaj medioj en ampleksa recenzo, dum Misan kaj aliaj diskutis la sukcesajn aplikojn de NADES en la agro-nutraĵa sektoro. Estas nepre necese, ke esploristoj pri borfluidoj komencu atenti la efikecon de NADES en siaj lastatempaj aplikoj. En 2023, Rasul kaj aliaj uzis malsamajn kombinaĵojn de naturaj profundaj eŭtektaj solviloj bazitaj sur askorbata acido26, kalcia klorido27, kalia klorido28 kaj Epsom-salo29 kaj atingis imponan ardezargilan inhibicion kaj ardezargilan reakiron. Ĉi tiu studo estas unu el la unuaj studoj, kiuj enkondukas NADES (precipe citratacido- kaj glicerol-bazitan formulon) kiel ekologie amikan kaj efikan ardezargilan inhibitoron en akvobazitaj borfluidoj, kiu havas bonegan median stabilecon, plibonigitan ardezargilan inhibician kapablon kaj plibonigitan fluidan rendimenton kompare kun tradiciaj inhibitoroj kiel KCl, imidazolil-bazitaj jonaj likvaĵoj kaj tradicia DES.
La studo implikos la internan preparadon de citrata acido (CA) bazita NADES, sekvata de detala fizik-kemia karakterizado kaj ĝia uzo kiel aldonaĵo de borfluido por taksi la ecojn de la borfluido kaj ĝian kapablon inhibicii ŝveliĝon. En ĉi tiu studo, CA agos kiel hidrogenliga akceptanto, dum glicerolo (Gly) agos kiel hidrogenliga donanto elektita surbaze de la MH-rastrumkriterioj por NADES-formado/selektado en studoj pri ardeza inhibicio30. Mezuradoj per Fourier-transforma infraruĝa spektroskopio (FTIR), rentgen-difrakto (XRD) kaj zeta-potencialo (ZP) klarigos la NADES-argilajn interagojn kaj la mekanismon subestantan la inhibicion de la ŝveliĝo de la argilo. Plie, ĉi tiu studo komparos CA NADES-bazitan borfluidon kun DES32 bazita sur 1-etil-3-metilimidazolia klorido [EMIM]Cl7,12,14,17,31, KCl kaj kolina klorido:ureo (1:2) por esplori ilian efikecon en ardeza inhibicio kaj plibonigado de la borfluida agado.
Citrata acido (monohidrato), glicerolo (99 USP), kaj ureo estis aĉetitaj de EvaChem, Kuala-Lumpuro, Malajzio. Kolina klorido (>98%), [EMIM]Cl 98%, kaj kalia klorido estis aĉetitaj de Sigma Aldrich, Malajzio. La kemiaj strukturoj de ĉiuj kemiaĵoj estas montritaj en Figuro 1. La verda diagramo komparas la ĉefajn kemiaĵojn uzitajn en ĉi tiu studo: imidazolila jona likvaĵo, kolina klorido (DES), citrata acido, glicerolo, kalia klorido, kaj NADES (citrata acido kaj glicerolo). La tabelo pri ekologiemo de la kemiaĵoj uzitaj en ĉi tiu studo estas prezentita en Tabelo 1. En la tabelo, ĉiu kemiaĵo estas taksita surbaze de tokseco, biodegradebleco, kosto kaj media daŭripovo.
Kemiaj strukturoj de la materialoj uzitaj en ĉi tiu studo: (a) citrata acido, (b) [EMIM]Cl, (c) kolina klorido, kaj (d) glicerolo.
Kandidatoj por hidrogenligaj donantoj (HBD) kaj hidrogenligaj akceptantoj (HBA) por la disvolviĝo de NADES bazitaj sur CA (natura profunda eŭtektika solvilo) estis zorge elektitaj laŭ la selektokriterioj de MH 30, kiuj celas la disvolviĝon de NADES kiel efikaj ardezaj inhibitoroj. Laŭ ĉi tiu kriterio, komponantoj kun granda nombro da hidrogenligaj donantoj kaj akceptantoj same kiel polusaj funkciaj grupoj estas konsiderataj taŭgaj por la disvolviĝo de NADES.
Krome, la jona likvaĵo [EMIM]Cl kaj kolina klorido:ureo profunda eŭtekta solvilo (DES) estis elektitaj por komparo en ĉi tiu studo ĉar ili estas vaste uzataj kiel aldonaĵoj por borfluidoj33,34,35,36. Krome, kalia klorido (KCl) estis komparita ĉar ĝi estas ofta inhibiciilo.
Citrata acido kaj glicerolo estis miksitaj en malsamaj molaraj proporcioj por akiri eŭtektajn miksaĵojn. Vida inspektado montris, ke la eŭtekta miksaĵo estis homogena, travidebla likvaĵo sen neklareco, indikante, ke la hidrogenliga donanto (HBD) kaj la hidrogenliga akceptanto (HBA) estis sukcese miksitaj en ĉi tiu eŭtekta komponaĵo. Preparaj eksperimentoj estis faritaj por observi la temperatur-dependan konduton de la miksadprocezo de HBD kaj HBA. Laŭ la disponebla literaturo, la proporcio de eŭtektaj miksaĵoj estis taksita je tri specifaj temperaturoj super 50 °C, 70 °C kaj 100 °C, indikante, ke la eŭtekta temperaturo kutime estas en la intervalo de 50–80 °C. Cifereca pesilo de Mettler estis uzata por precize pezi la HBD kaj HBA-komponantojn, kaj varmplato de Thermo Fisher estis uzata por varmigi kaj kirli la HBD kaj HBA je 100 rpm sub kontrolitaj kondiĉoj.
La termofizikaj ecoj de nia sintezita profunda eŭtekta solvilo (DES), inkluzive de denseco, surfaca tensio, refrakta indico kaj viskozeco, estis precize mezuritaj trans temperaturintervalo de 289.15 ĝis 333.15 K. Notindas, ke ĉi tiu temperaturintervalo estis elektita ĉefe pro la limigoj de ekzistanta ekipaĵo. La ampleksa analizo inkluzivis profundan studon de diversaj termofizikaj ecoj de ĉi tiu NADES-formulo, rivelante ilian konduton trans gamo da temperaturoj. Fokusiĝo sur ĉi tiu specifa temperaturintervalo donas komprenojn pri la ecoj de NADES, kiuj estas aparte gravaj por pluraj aplikoj.
La surfaca tensio de la preparita NADES estis mezurita en la intervalo de 289,15 ĝis 333,15 K uzante interfacan tensiomezurilon (IFT700). NADES-gutetoj formiĝas en ĉambro plenigita per granda volumeno da likvaĵo uzante kapilaran nadlon sub specifaj temperaturo- kaj premkondiĉoj. Modernaj bildigaj sistemoj enkondukas taŭgajn geometriajn parametrojn por kalkuli la interfacan tension uzante la Laplacan ekvacion.
ATAGO-refraktometro estis uzata por determini la refraktan indekson de ĵus preparitaj NADES-oj tra la temperaturintervalo de 289,15 ĝis 333,15 K. La instrumento uzas termikan modulon por reguligi la temperaturon por taksi la gradon de refrakto de lumo, forigante la bezonon de akvobano kun konstanta temperaturo. La prisma surfaco de la refraktometro estu purigita kaj la prova solvaĵo estu egale distribuita sur ĝi. Kalibru per konata norma solvaĵo, kaj poste legu la refraktan indekson de la ekrano.
La viskozeco de la preparita NADES estis mezurita tra la temperaturintervalo de 289.15 ĝis 333.15 K uzante Brookfield-rotacian viskozetron (kriogena tipo) je tondrapideco de 30 rpm kaj spindela grandeco de 6. La viskozetro mezuras viskozecon per determinado de la tordmomanto bezonata por rotacii la spindelon je konstanta rapideco en likva specimeno. Post kiam la specimeno estas metita sur la kribrilon sub la spindelo kaj streĉita, la viskozetro montras la viskozecon en centipoizoj (cP), provizante valorajn informojn pri la reologiaj ecoj de la likvaĵo.
Portebla densecmezurilo DMA 35 Basic estis uzata por determini la densecon de freŝe preparita natura profunda eŭtekta solvilo (NDEES) en la temperaturintervalo de 289,15–333,15 K. Ĉar la aparato ne havas enkonstruitan hejtilon, ĝi devas esti antaŭvarmigita al la specifita temperaturo (± 2 °C) antaŭ ol uzi la NADES-densecmezurilon. Trairu almenaŭ 2 ml da specimeno tra la tubo, kaj la denseco tuj estos montrata sur la ekrano. Indas rimarki, ke pro la manko de enkonstruita hejtilo, la mezurrezultoj havas eraron de ± 2 °C.
Por taksi la pH-valoron de freŝe preparitaj NADES en la temperaturintervalo de 289,15–333,15 K, ni uzis Kenis-surtablan pH-mezurilon. Ĉar ne estas enkonstruita hejtilo, NADES unue estis varmigita ĝis la dezirata temperaturo (±2 °C) uzante varmoplaton kaj poste mezurita rekte per pH-mezurilo. Tute mergu la pH-mezurilan sondilon en NADES kaj registru la finan valoron post kiam la legado stabiliĝis.
Termogravimetria analizo (TGA) estis uzata por taksi la termikan stabilecon de naturaj profundaj eŭtektaj solviloj (NADES). Specimenoj estis analizitaj dum varmigado. Uzante alt-precizan pesilon kaj zorge monitorante la varmigprocezon, oni kreis grafikaĵon de masperdo kontraŭ temperaturo. NADES estis varmigita de 0 ĝis 500 °C je rapideco de 1 °C minute.
Por komenci la procezon, la NADES-specimeno devas esti plene miksita, homogenigita, kaj forigi surfacan humidecon. La preparita specimeno estas poste metita en TGA-kuveton, kiu tipe estas farita el inerta materialo kiel aluminio. Por certigi precizajn rezultojn, TGA-instrumentoj estas kalibritaj uzante referencmaterialojn, tipe pezajn normojn. Post la kalibriĝo, la TGA-eksperimento komenciĝas kaj la specimeno estas varmigita kontrolite, kutime je konstanta rapideco. Kontinua monitorado de la rilato inter specimena pezo kaj temperaturo estas ŝlosila parto de la eksperimento. TGA-instrumentoj kolektas datumojn pri temperaturo, pezo kaj aliaj parametroj kiel gasfluo aŭ specimena temperaturo. Post kiam la TGA-eksperimento finiĝas, la kolektitaj datumoj estas analizitaj por determini la ŝanĝon en specimena pezo kiel funkcio de temperaturo. Ĉi tiu informo estas valora por determini temperaturintervalojn asociitajn kun fizikaj kaj kemiaj ŝanĝoj en la specimeno, inkluzive de procezoj kiel fandado, vaporiĝo, oksidiĝo aŭ malkomponiĝo.
La akvobazita borfluido estis zorge formulita laŭ la normo API 13B-1, kaj ĝia specifa konsisto estas listigita en Tabelo 2 por referenco. Citrata acido kaj glicerolo (99 USP) estis aĉetitaj de Sigma Aldrich, Malajzio por prepari la naturan profundan eŭtektikan solvilon (NADES). Krome, la konvencia ardezargila inhibitoro kalia klorido (KCl) ankaŭ estis aĉetita de Sigma Aldrich, Malajzio. 1-etila, 3-metilimidazolia klorido ([EMIM]Cl) kun pureco de pli ol 98% estis elektita pro ĝia signifa efiko en plibonigado de la reologio de la borfluido kaj ardezargila inhibicio, kio estis konfirmita en antaŭaj studoj. Kaj KCl kaj ([EMIM]Cl) estos uzataj en la kompara analizo por taksi la ardezargilan inhibician efikecon de NADES.
Multaj esploristoj preferas uzi bentonitajn flokojn por studi ŝveliĝon de ardezargilo, ĉar bentonito enhavas la saman "montmorillonitan" grupon, kiu kaŭzas ŝveliĝon de ardezargilo. Akiri verajn kernprovaĵojn de ardezargilo estas malfacila, ĉar la kernprocezo malstabiligas la ardezargilon, rezultante en provaĵoj, kiuj ne estas tute ardezargilo, sed tipe enhavas miksaĵon de grejso kaj kalkŝtonaj tavoloj. Krome, al ardezargilprovaĵoj tipe mankas la montmorillonitaj grupoj, kiuj kaŭzas ŝveliĝon de ardezargilo, kaj tial ne taŭgas por eksperimentoj pri ŝvelinhibicio.
En ĉi tiu studo, ni uzis rekonstruitajn bentonitajn partiklojn kun diametro de proksimume 2,54 cm. La granuloj estis faritaj per premado de 11,5 gramoj da natria bentonita pulvoro en hidraŭlika gazetaro je 1600 psi. La dikeco de la granuloj estis precize mezurita antaŭ ol ili estis metitaj en linian dilatometron (LD). La partikloj poste estis mergitaj en borfluidaj specimenoj, inkluzive de bazaj specimenoj kaj specimenoj injektitaj kun inhibiciiloj uzataj por malhelpi ŝveliĝon de ardezargilo. La ŝanĝo en la dikeco de la granuloj estis poste zorge monitorita uzante la LD, kun mezuradoj registritaj je 60-sekundaj intervaloj dum 24 horoj.
Rentgen-difrakto montris, ke la konsisto de bentonito, precipe ĝia 47%-a montmorilonita komponanto, estas ŝlosila faktoro por kompreni ĝiajn geologiajn karakterizaĵojn. Inter la montmorilonitaj komponantoj de bentonito, montmorilonito estas la ĉefa komponanto, respondeca por 88.6% de la totalaj komponantoj. Dume, kvarco respondecas pri 29%, ilito pri 7%, kaj karbonato pri 9%. Malgranda parto (ĉirkaŭ 3.2%) estas miksaĵo de ilito kaj montmorilonito. Krome, ĝi enhavas spurelementojn kiel Fe2O3 (4.7%), arĝenta aluminosilikato (1.2%), muskovito (4%), kaj fosfato (2.3%). Krome, ĉeestas malgrandaj kvantoj de Na2O (1.83%) kaj fersilikato (2.17%), kio ebligas plene aprezi la konsistigajn elementojn de bentonito kaj iliajn respektivajn proporciojn.
Ĉi tiu ampleksa studsekcio detaligas la reologiajn kaj filtrajn ecojn de borfluidaj specimenoj preparitaj uzante naturan profundan eŭtektan solvilon (NADES) kaj uzitaj kiel borfluida aldonaĵo ĉe malsamaj koncentriĝoj (1%, 3% kaj 5%). La NADES-bazitaj suspensiaĵaj specimenoj estis komparitaj kaj analizitaj kun suspensiaĵaj specimenoj konsistantaj el kalia klorido (KCl), CC:ureo DES (kolina klorido profunda eŭtekta solvilo:ureo) kaj jonaj likvaĵoj. Kelkaj ŝlosilaj parametroj estis kovritaj en ĉi tiu studo, inkluzive de viskozecaj legadoj akiritaj uzante FANN-viskozimetron antaŭ kaj post eksponiĝo al maljuniĝaj kondiĉoj je 100 °C kaj 150 °C. Mezuradoj estis faritaj ĉe malsamaj rotaciaj rapidoj (3 rpm, 6 rpm, 300 rpm kaj 600 rpm), permesante ampleksan analizon de la konduto de la borfluido. La akiritaj datumoj povas esti uzataj por determini ŝlosilajn ecojn kiel ekzemple streĉlimpon (YP) kaj plastan viskozecon (PV), kiuj provizas komprenon pri la fluida agado sub diversaj kondiĉoj. Altpremaj kaj alttemperaturaj (HPHT) filtraj testoj je 400 psi kaj 150 °C (tipaj temperaturoj en alttemperaturaj putoj) determinas la filtradan rendimenton (kukodikeco kaj filtraĵvolumeno).
Ĉi tiu sekcio uzas pintnivelan ekipaĵon, la Grace HPHT Linearan Dilatometron (M4600), por detale taksi la ŝveliĝo-inhibiciajn ecojn de niaj akvobazitaj borfluidoj. La LSM estas pintnivela maŝino konsistanta el du komponantoj: platkompaktigilo kaj lineara dilatometro (modelo: M4600). Bentonitaj platoj estis preparitaj por analizo uzante la Grace Kerno/Platokompaktigilon. La LSM tiam provizas tujajn ŝveliĝo-datumojn sur ĉi tiuj platoj, permesante ampleksan taksadon de la ŝveliĝo-inhibiciaj ecoj de la ardezo. Ardezargilaj ekspansio-testoj estis faritaj sub ĉirkaŭaj kondiĉoj, t.e., 25 °C kaj 1 psia.
Testado de ardeza stabileco implikas ŝlosilan teston ofte nomatan la ardeza reakira testo, ardeza tremptesto aŭ ardeza dispersa testo. Por komenci ĉi tiun taksadon, ardezaj fortranĉajoj estas apartigitaj sur kribrilo n-ro 6 BSS kaj poste metitaj sur kribrilon n-ro 10. La fortranĉajoj estas poste nutrataj al retenujo, kie ili estas miksitaj kun baza fluido kaj borŝlimo enhavanta NADES (Natura Profunda Eŭtektika Solvilo). La sekva paŝo estas meti la miksaĵon en fornon por intensa varma laminada procezo, certigante, ke la fortranĉajoj kaj ŝlimo estas plene miksitaj. Post 16 horoj, la fortranĉajoj estas forigitaj de la pulpo permesante al la ardezo putriĝi, rezultante en redukto de la pezo de la fortranĉajoj. La ardeza reakira testo estis farita post kiam la ardezaj fortranĉajoj estis tenataj en borŝlimo je 150 °C kaj 1000 psi. colo ene de 24 horoj.
Por mezuri la reakiron de la ardezargilo-koto, ni filtris ĝin tra pli fajna kribrilo (40 maŝoj), poste lavis ĝin plene per akvo, kaj fine sekigis ĝin en forno. Ĉi tiu detalema proceduro permesas al ni taksi la reakiritan koton kompare kun la originala pezo, finfine kalkulante la procenton de sukcese reakirita ardezargilo-koto. La fonto de la ardezargilaj specimenoj estas el la distrikto Niah, distrikto Miri, Sarawak, Malajzio. Antaŭ la dispersaj kaj reakiraj testoj, la ardezargilaj specimenoj estis submetitaj al detala rentgen-difrakta (XRD) analizo por kvantigi ilian argilan konsiston kaj konfirmi ilian taŭgecon por testado. La argila minerala konsisto de la specimeno estas jena: ilito 18%, kaolinito 31%, klorito 22%, vermikulito 10%, kaj glimo 19%.
Surfaca tensio estas ŝlosila faktoro kontrolanta la penetradon de akvokatjonoj en ardezargilajn mikroporojn per kapilara ago, kio estos detale studita en ĉi tiu sekcio. Ĉi tiu artikolo ekzamenas la rolon de surfaca tensio en la kohezia eco de borfluidoj, elstarigante ĝian gravan influon sur la borprocezo, precipe ardezargilan inhibicion. Ni uzis interfacan tensiometron (IFT700) por precize mezuri la surfacan tension de borfluidaj specimenoj, rivelante gravan aspekton de fluida konduto en la kunteksto de ardezargila inhibicio.
Ĉi tiu sekcio detale diskutas la d-tavolan interspacon, kio estas la intertavola distanco inter aluminosilikataj tavoloj kaj unu aluminosilikata tavolo en argiloj. La analizo kovris malsekajn ŝlimprovaĵojn enhavantajn 1%, 3% kaj 5% CA NADES, same kiel 3% KCl, 3% [EMIM]Cl kaj 3% CC:ureo-bazitan DES por komparo. Pintnivela labortabla rentgen-difraktometro (D2 Phaser) funkcianta je 40 mA kaj 45 kV kun Cu-Kα radiado (λ = 1.54059 Å) ludis kritikan rolon en registrado de la rentgen-difraktaj pintoj de kaj malsekaj kaj sekaj Na-Bt-provaĵoj. La apliko de la Bragg-ekvacio ebligas la precizan determinadon de la d-tavola interspaco, tiel provizante valorajn informojn pri la argila konduto.
Ĉi tiu sekcio uzas la progresintan instrumenton Malvern Zetasizer Nano ZSP por precize mezuri zeta-potencialon. Ĉi tiu taksado provizis valorajn informojn pri la ŝargaj karakterizaĵoj de diluitaj ŝlimprovaĵoj enhavantaj 1%, 3% kaj 5% CA NADES, same kiel 3% KCl, 3% [EMIM]Cl, kaj 3% CC:ureo-bazita DES por kompara analizo. Ĉi tiuj rezultoj kontribuas al nia kompreno pri la stabileco de koloidaj kombinaĵoj kaj iliaj interagoj en fluidoj.
La argilaj specimenoj estis ekzamenitaj antaŭ kaj post eksponiĝo al natura profunda eŭtekta solvilo (NADES) uzante Zeiss Supra 55 VP kampa emisia skana elektrona mikroskopo (FESEM) ekipita per energi-dispersa Rentgena foto (EDX). La bildiga rezolucio estis 500 nm kaj la elektronfaska energio estis 30 kV kaj 50 kV. FESEM provizas alt-rezolucian bildigon de la surfaca morfologio kaj strukturaj trajtoj de la argilaj specimenoj. La celo de ĉi tiu studo estis akiri informojn pri la efiko de NADES sur la argilaj specimenoj komparante la bildojn akiritajn antaŭ kaj post eksponiĝo.
En ĉi tiu studo, oni uzis kampa-emisian skanan elektronan mikroskopian teknologion (FESEM) por esplori la efikon de NADES sur argilaj specimenoj je la mikroskopa nivelo. La celo de ĉi tiu studo estas klarigi la eblajn aplikojn de NADES kaj ĝian efikon sur argilan morfologion kaj averaĝan partiklan grandecon, kio provizos valorajn informojn por esplorado en ĉi tiu kampo.
En ĉi tiu studo, erarstangoj estis uzitaj por vide priskribi la ŝanĝiĝemon kaj necertecon de la meza procenta eraro (AMPE) trans eksperimentaj kondiĉoj. Anstataŭ desegni individuajn AMPE-valorojn (ĉar desegni AMPE-valorojn povas obskuri tendencojn kaj troigi malgrandajn variojn), ni kalkulas erarstangojn uzante la 5%-regulon. Ĉi tiu aliro certigas, ke ĉiu erarstango reprezentas la intervalon, ene de kiu la 95%-konfidencintervalo kaj 100% de la AMPE-valoroj supozeble falos, tiel provizante pli klaran kaj pli koncizan resumon de la datendistribuo por ĉiu eksperimenta kondiĉo. La uzo de erarstangoj bazitaj sur la 5%-regulo tiel plibonigas la interpreteblecon kaj fidindecon de grafikaj prezentoj kaj helpas provizi pli detalan komprenon pri la rezultoj kaj iliaj implicoj.
En la sintezo de naturaj profundaj eŭtektaj solviloj (NADES), pluraj ŝlosilaj parametroj estis zorge studitaj dum la interna preparprocezo. Ĉi tiuj kritikaj faktoroj inkluzivas temperaturon, molan proporcion kaj miksadrapidecon. Niaj eksperimentoj montras, ke kiam HBA (citrata acido) kaj HBD (glicerolo) estas miksitaj je molara proporcio de 1:4 je 50°C, eŭtekta miksaĵo formiĝas. La distingilo de la eŭtekta miksaĵo estas ĝia travidebla, homogena aspekto kaj la foresto de sedimento. Tiel, ĉi tiu ŝlosila paŝo elstarigas la gravecon de molara proporcio, temperaturo kaj miksadrapideco, inter kiuj la molara proporcio estis la plej influa faktoro en la preparado de DES kaj NADES, kiel montrite en Figuro 2.
La refrakta indico (n) esprimas la rilatumon inter la lumrapideco en vakuo kaj la lumrapideco en dua, pli densa medio. La refrakta indico estas aparte interesa por naturaj profundaj eŭtektaj solviloj (NADES) kiam oni konsideras optike sentemajn aplikojn kiel ekzemple biosensiloj. La refrakta indico de la studita NADES je 25 °C estis 1,452, kio estas interese pli malalta ol tiu de glicerolo.
Indas rimarki, ke la refrakta indico de NADES malpliiĝas kun temperaturo, kaj ĉi tiu tendenco povas esti precize priskribita per formulo (1) kaj Figuro 3, kun la absoluta meza procenta eraro (AMPE) atinganta 0%. Ĉi tiu temperatur-dependa konduto estas klarigita per la malpliiĝo de viskozeco kaj denseco ĉe altaj temperaturoj, kaŭzante ke la lumo vojaĝas tra la medio kun pli alta rapideco, rezultante en pli malalta refrakta indico (n). Ĉi tiuj rezultoj provizas valorajn komprenojn pri la strategia uzo de NADES en optika sensado, elstarigante ilian potencialon por biosensilaj aplikoj.
Surfaca tensio, kiu reflektas la tendencon de likva surfaco minimumigi sian areon, estas tre grava por taksi la taŭgecon de naturaj profundaj eŭtektaj solviloj (NADES) por aplikoj bazitaj sur kapilara premo. Studo de surfaca tensio en la temperaturintervalo de 25–60 °C provizas valorajn informojn. Je 25 °C, la surfaca tensio de citratacido-bazitaj NADES estis 55.42 mN/m, kio estas signife pli malalta ol tiu de akvo kaj glicerolo. Figuro 4 montras, ke la surfaca tensio signife malpliiĝas kun kreskanta temperaturo. Ĉi tiu fenomeno povas esti klarigita per pliiĝo de molekula kineta energio kaj posta malpliiĝo de intermolekulaj allogaj fortoj.
La lineara malkreskanta tendenco de surfaca tensio observita en la studita NADES povas esti bone esprimita per ekvacio (2), kiu ilustras la bazan matematikan rilaton en la temperaturintervalo de 25–60 °C. La grafikaĵo en Figuro 4 klare prezentas la tendencon de surfaca tensio kun temperaturo kun absoluta meza procenta eraro (AMPE) de 1.4%, kiu kvantigas la precizecon de la raportitaj surfacaj tensio-valoroj. Ĉi tiuj rezultoj havas gravajn implicojn por kompreni la konduton de NADES kaj ĝiajn eblajn aplikojn.
Kompreni la densecdinamikon de naturaj profundaj eŭtektaj solviloj (NADES) estas esenca por faciligi ilian aplikon en multaj sciencaj studoj. La denseco de citratacido-bazitaj NADES je 25°C estas 1.361 g/cm3, kio estas pli alta ol la denseco de la gepatra glicerolo. Ĉi tiu diferenco povas esti klarigita per la aldono de hidrogenliga akceptanto (citrata acido) al glicerolo.
Prenante citrato-bazitan NADES kiel ekzemplon, ĝia denseco falas al 1.19 g/cm3 je 60°C. La pliiĝo de kineta energio dum varmigo kaŭzas la disiĝon de la NADES-molekuloj, igante ilin okupi pli grandan volumenon, rezultante en malpliiĝo de denseco. La observita malpliiĝo de denseco montras certan linian korelacion kun la pliiĝo de temperaturo, kiu povas esti ĝuste esprimita per formulo (3). Figuro 5 grafike prezentas ĉi tiujn karakterizaĵojn de la ŝanĝo de denseco de NADES kun absoluta meza procenta eraro (AMPE) de 1.12%, kiu provizas kvantan mezuron de la precizeco de la raportitaj densecvaloroj.
Viskozeco estas la alloga forto inter malsamaj tavoloj de likvaĵo en moviĝo kaj ludas ŝlosilan rolon en komprenado de la aplikebleco de naturaj profundaj eŭtektaj solviloj (NADES) en diversaj aplikoj. Je 25 °C, la viskozeco de NADES estis 951 cP, kio estas pli alta ol tiu de glicerolo.
La observita malpliiĝo de viskozeco kun kreskanta temperaturo estas ĉefe klarigita per la malfortiĝo de intermolekulaj allogaj fortoj. Ĉi tiu fenomeno rezultas en malpliiĝo de la viskozeco de la fluido, tendenco klare montrita en Figuro 6 kaj kvantigita per Ekvacio (4). Rimarkinde, je 60°C, la viskozeco falas al 898 cP kun totala meza procenta eraro (AMPE) de 1.4%. Detala kompreno pri la viskozeco kontraŭ temperatura dependeco en NADES estas tre grava por ĝia praktika apliko.
La pH de la solvaĵo, determinita per la negativa logaritmo de la hidrogenjona koncentriĝo, estas kritika, precipe en pH-sentemaj aplikoj kiel DNA-sintezo, do la pH de NADES devas esti zorge studita antaŭ uzo. Prenante citratacido-bazitan NADES kiel ekzemplon, oni povas observi klare acida pH de 1.91, kiu estas en akra kontrasto al la relative neŭtrala pH de glicerolo.
Interese, la pH de la natura citrata acido-dehidrogenaza solvebla solvilo (NADES) montris ne-linian malkreskantan tendencon kun kreskanta temperaturo. Ĉi tiu fenomeno atribuiĝas al la pliigitaj molekulaj vibroj, kiuj interrompas la H+-ekvilibron en la solvaĵo, kondukante al la formado de [H]+-jonoj kaj, siavice, ŝanĝo en la pH-valoro. Dum la natura pH de citrata acido varias de 3 ĝis 5, la ĉeesto de acida hidrogeno en glicerolo plue malaltigas la pH al 1,91.
La pH-konduto de citrato-bazitaj NADES en la temperaturintervalo de 25–60 °C povas esti konvene reprezentita per ekvacio (5), kiu provizas matematikan esprimon por la observita pH-tendenco. Figuro 7 grafike prezentas ĉi tiun interesan rilaton, elstarigante la efikon de temperaturo sur la pH de NADES, kiu estas raportita esti 1.4% por AMPE.
Termogravimetria analizo (TGA) de natura citrata acido profunda eŭtekta solvilo (NADES) estis sisteme efektivigita en la temperaturintervalo de ĉambra temperaturo ĝis 500 °C. Kiel videblas el Figuroj 8a kaj b, la komenca masperdo ĝis 100 °C ŝuldiĝis ĉefe al la sorbita akvo kaj la hidratiga akvo asociita kun citrata acido kaj pura glicerolo. Signifa masreteno de ĉirkaŭ 88% estis observita ĝis 180 °C, kiu ŝuldiĝis ĉefe al la malkomponiĝo de citrata acido al akonita acido kaj la posta formado de metilmaleika anhidrido(III) post plia varmigo (Figuro 8b). Super 180 °C, ankaŭ klara apero de akroleino (akrilaldehido) en glicerolo povus esti observita, kiel montrite en Figuro 8b37.
Termogravimetria analizo (TGA) de glicerolo rivelis du-ŝtupan procezon de masperdo. La komenca stadio (180 ĝis 220 °C) implikas la formadon de akroleino, sekvata de signifa masperdo je altaj temperaturoj de 230 ĝis 300 °C (Figuro 8a). Dum la temperaturo pliiĝas, acetaldehido, karbondioksido, metano kaj hidrogeno formiĝas sinsekve. Rimarkinde, nur 28% de la maso estis retenita je 300 °C, sugestante ke la internaj ecoj de NADES 8(a)38,39 eble estas difektaj.
Por akiri informojn pri la formado de novaj kemiaj ligoj, freŝe preparitaj suspendoj de naturaj profundaj eŭtektaj solviloj (NADES) estis analizitaj per Fourier-transforma infraruĝa spektroskopio (FTIR). La analizo estis farita komparante la spektron de la NADES-suspendo kun la spektroj de pura citrata acido (CA) kaj glicerolo (Gly). La CA-spektro montris klarajn pintojn je 1752 1/cm² kaj 1673 1/cm², kiuj reprezentas la streĉajn vibrojn de la C=O-ligo kaj ankaŭ estas karakterizaj por CA. Krome, signifa ŝanĝo en la OH-fleksa vibro je 1360 1/cm² estis observita en la fingrospura regiono, kiel montrite en Figuro 9.
Simile, ĉe glicerolo, la ŝoviĝo de la streĉaj kaj fleksaj vibroj de OH estis trovitaj je ondonombroj de 3291 1/cm² kaj 1414 1/cm², respektive. Nun, analizante la spektron de la preparita NADES, oni trovis signifan ŝoviĝon en la spektro. Kiel montrite en Figuro 7, la streĉa vibro de la C=O-ligo ŝoviĝis de 1752 1/cm² al 1720 1/cm² kaj la fleksa vibro de la -OH-ligo de glicerolo ŝoviĝis de 1414 1/cm² al 1359 1/cm². Ĉi tiuj ŝoviĝoj en ondonombroj indikas ŝanĝon en elektronegativeco, kiu indikas la formadon de novaj kemiaj ligoj en la strukturo de NADES.