Շնորհակալություն nature.com կայք այցելելու համար: Ձեր օգտագործած դիտարկիչի տարբերակն ունի CSS-ի սահմանափակ աջակցություն: Լավագույն փորձի համար խորհուրդ ենք տալիս օգտագործել դիտարկիչի վերջին տարբերակը (կամ անջատել համատեղելիության ռեժիմը Internet Explorer-ում): Բացի այդ, շարունակական աջակցությունն ապահովելու համար այս կայքը չի ներառի ոճեր կամ JavaScript:
Կլաստիկ ջրամբարներում թերթաքարի ընդարձակումը ստեղծում է զգալի խնդիրներ, որոնք հանգեցնում են հորատանցքերի անկայունության: Բնապահպանական պատճառներով, նավթային հիմքով հորատման հեղուկի համեմատ նախընտրելի է ջրային հիմքով հորատման հեղուկի օգտագործումը՝ թերթաքարի ինհիբիտորների ավելացմամբ: Իոնային հեղուկները (ԻՀ) մեծ ուշադրություն են գրավել որպես թերթաքարի ինհիբիտորներ՝ իրենց կարգավորելի հատկությունների և ուժեղ էլեկտրաստատիկ բնութագրերի շնորհիվ: Այնուամենայնիվ, հորատման հեղուկներում լայնորեն օգտագործվող իմիդազոլիլային հիմքով իոնային հեղուկները (ԻՀ) ապացուցել են իրենց թունավորությունը, չկենսաքայքայվողությունը և թանկ լինելը: Խորը էվտեկտիկ լուծիչները (ԽԼԼ) համարվում են իոնային հեղուկների ավելի մատչելի և պակաս թունավոր այլընտրանք, բայց դրանք դեռևս չեն ապահովում անհրաժեշտ բնապահպանական կայունությունը: Այս ոլորտում վերջին առաջընթացները հանգեցրել են բնական խորը էվտեկտիկ լուծիչների (ՆԱԴԵՍ) ներդրմանը, որոնք հայտնի են իրենց իսկական բնապահպանական բարյացակամությամբ: Այս ուսումնասիրությունը ուսումնասիրել է ՆԱԴԵՍ-ները, որոնք պարունակում են կիտրոնաթթու (որպես ջրածնային կապի ընդունիչ) և գլիցերին (որպես ջրածնային կապի դոնոր)՝ որպես հորատման հեղուկի հավելումներ: NADES-ի վրա հիմնված հորատման հեղուկները մշակվել են API 13B-1 ստանդարտին համապատասխան, և դրանց արդյունավետությունը համեմատվել է կալիումի քլորիդի վրա հիմնված հորատման հեղուկների, իմիդազոլիումի վրա հիմնված իոնային հեղուկների և խոլին քլորիդ:միզանյութ-DES-ի վրա հիմնված հորատման հեղուկների հետ: Պատվերով ստեղծված NADES-ների ֆիզիկաքիմիական հատկությունները մանրամասն նկարագրված են: Ուսումնասիրության ընթացքում գնահատվել են հորատման հեղուկի ռեոլոգիական հատկությունները, հեղուկի կորուստը և թերթաքարի արգելակման հատկությունները, և ցույց է տրվել, որ NADES-ների 3% կոնցենտրացիայի դեպքում հոսունության լարվածության/պլաստիկ մածուցիկության հարաբերակցությունը (YP/PV) մեծացել է, ցեխի կարկասի հաստությունը նվազել է 26%-ով, իսկ ֆիլտրատի ծավալը՝ 30.1%-ով: Նշենք, որ NADES-ը հասել է տպավորիչ ընդարձակման արգելակման մակարդակի՝ 49.14%-ով և թերթաքարի արտադրությունը մեծացրել 86.36%-ով: Այս արդյունքները վերագրվում են NADES-ի՝ կավերի մակերևութային ակտիվությունը, զետա պոտենցիալը և միջշերտային հեռավորությունը փոփոխելու ունակությանը, որոնք քննարկվում են այս հոդվածում՝ հիմքում ընկած մեխանիզմները հասկանալու համար: Ակնկալվում է, որ այս կայուն հորատման հեղուկը կհեղափոխի հորատման արդյունաբերությունը՝ ապահովելով ոչ թունավոր, ծախսարդյունավետ և բարձր արդյունավետ այլընտրանք ավանդական թերթաքարային կոռոզիայի ինհիբիտորներին՝ հիմք դնելով էկոլոգիապես մաքուր հորատման պրակտիկայի համար։
Թերթաքարը բազմակողմանի ապար է, որը ծառայում է որպես ածխաջրածինների և՛ աղբյուր, և՛ պահեստարան, և դրա ծակոտկեն կառուցվածքը1 հնարավորություն է տալիս ինչպես արտադրել, այնպես էլ պահել այս արժեքավոր ռեսուրսները: Այնուամենայնիվ, թերթաքարը հարուստ է կավե հանքանյութերով, ինչպիսիք են մոնտմորիլոնիտը, սմեկտիտը, կաոլինիտը և իլիտը, որոնք այն հակված են այտուցվելու ջրի հետ շփման ժամանակ, ինչը հանգեցնում է հորատանցքի անկայունության հորատման գործողությունների ընթացքում2,3: Այս խնդիրները կարող են հանգեցնել ոչ արտադրողական ժամանակի (NPT) և մի շարք շահագործման խնդիրների, այդ թվում՝ խողովակների խցանում, ցեխի շրջանառության կորուստ, հորատանցքի փլուզում և փորվածքի աղտոտում, ինչը մեծացնում է վերականգնման ժամանակը և արժեքը: Ավանդաբար, նավթի վրա հիմնված հորատման հեղուկները (OBDF) եղել են թերթաքարային կազմավորումների համար նախընտրելի ընտրություն՝ թերթաքարի ընդարձակմանը դիմակայելու իրենց ունակության պատճառով4: Այնուամենայնիվ, նավթի վրա հիմնված հորատման հեղուկների օգտագործումը ենթադրում է ավելի բարձր ծախսեր և շրջակա միջավայրի ռիսկեր: Սինթետիկ վրա հիմնված հորատման հեղուկները (SBDF) դիտարկվել են որպես այլընտրանք, բայց դրանց պիտանիությունը բարձր ջերմաստիճաններում անբավարար է: Ջրային վրա հիմնված հորատման հեղուկները (WBDF) գրավիչ լուծում են, քանի որ դրանք ավելի անվտանգ են, ավելի էկոլոգիապես մաքուր և ավելի արդյունավետ, քան OBDF5-ը: WBDF-ի թերթաքարային արգելակման ունակությունը բարձրացնելու համար օգտագործվել են տարբեր թերթաքարային ինհիբիտորներ, այդ թվում՝ ավանդական ինհիբիտորներ, ինչպիսիք են կալիումի քլորիդը, կիրը, սիլիկատը և պոլիմերը: Այնուամենայնիվ, այս ինհիբիտորներն ունեն սահմանափակումներ արդյունավետության և շրջակա միջավայրի վրա ազդեցության առումով, մասնավորապես՝ կալիումի քլորիդի ինհիբիտորներում K+-ի բարձր կոնցենտրացիայի և սիլիկատների pH զգայունության պատճառով:6 Հետազոտողները ուսումնասիրել են իոնային հեղուկները որպես հորատման հեղուկի հավելանյութեր օգտագործելու հնարավորությունը` հորատման հեղուկի ռեոլոգիան բարելավելու և թերթաքարային այտուցը և հիդրատի առաջացումը կանխելու համար: Այնուամենայնիվ, այս իոնային հեղուկները, մասնավորապես իմիդազոլիլ կատիոններ պարունակողները, ընդհանուր առմամբ թունավոր են, թանկ, կենսաքայքայվող չեն և պահանջում են բարդ նախապատրաստման գործընթացներ: Այս խնդիրները լուծելու համար մարդիկ սկսեցին փնտրել ավելի տնտեսող և շրջակա միջավայրի համար անվտանգ այլընտրանք, ինչը հանգեցրեց խորը էվտեկտիկ լուծիչների (DES) ի հայտ գալուն: DES-ը էվտեկտիկ խառնուրդ է, որը ձևավորվում է ջրածնային կապի դոնորի (HBD) և ջրածնային կապի ընդունիչի (HBA) կողմից որոշակի մոլային հարաբերակցությամբ և ջերմաստիճանում: Այս էվտեկտիկ խառնուրդներն ունեն ավելի ցածր հալման կետեր, քան իրենց առանձին բաղադրիչները, հիմնականում ջրածնային կապերի պատճառով առաջացած լիցքի դելոկալիզացիայի պատճառով: ԴԷՍ-ի հալման ջերմաստիճանի իջեցման գործում կարևոր դեր են խաղում բազմաթիվ գործոններ, այդ թվում՝ ցանցի էներգիան, էնտրոպիայի փոփոխությունը և անիոնների ու HBD-ի միջև փոխազդեցությունները։
Նախորդ ուսումնասիրություններում, թերթաքարի ընդարձակման խնդիրը լուծելու համար ջրային հիմքով հորատման հեղուկին ավելացվել են տարբեր հավելումներ: Օրինակ, Օֆեյը և այլք ավելացրել են 1-բուտիլ-3-մեթիլիմիդազոլիումի քլորիդ (BMIM-Cl), որը զգալիորեն նվազեցրել է ցեխի շերտի հաստությունը (մինչև 50%) և տարբեր ջերմաստիճաններում իջեցրել YP/PV արժեքը 11-ով: Հուանգը և այլք օգտագործել են իոնային հեղուկներ (մասնավորապես՝ 1-հեքսիլ-3-մեթիլիմիդազոլիումի բրոմիդ և 1,2-բիս(3-հեքսիլիմիդազոլ-1-իլ)էթան բրոմիդ) Na-Bt մասնիկների հետ համատեղ և զգալիորեն նվազեցրել են թերթաքարի այտուցվածությունը համապատասխանաբար 86.43%-ով և 94.17%-ով12: Բացի այդ, Յանգը և այլք օգտագործել են 1-վինիլ-3-դոդեցիլիմիդազոլիումի բրոմիդ և 1-վինիլ-3-տետրադեցիլիմիդազոլիումի բրոմիդ՝ թերթաքարի այտուցվածությունը համապատասխանաբար 16.91%-ով և 5.81%-ով նվազեցնելու համար:13 Յանգը և այլք: նաև օգտագործվել է 1-վինիլ-3-էթիլիմիդազոլիումի բրոմիդը և 31.62%-ով նվազեցրել է թերթաքարի ընդարձակումը՝ պահպանելով թերթաքարի վերականգնման մակարդակը 40.60%-ի վրա։14 Բացի այդ, Լուոն և այլք օգտագործել են 1-օկտիլ-3-մեթիլիմիդազոլիումի տետրաֆտորբորատը՝ թերթաքարի այտուցը 80%-ով նվազեցնելու համար։15, 16 Դայը և այլք օգտագործել են իոնային հեղուկ համապոլիմերներ՝ թերթաքարի ուռչումը արգելակելու համար և հասել են գծային վերականգնման 18%-ով աճի՝ ամինային արգելակիչների համեմատ։17
Իոնային հեղուկներն իրենք ունեն որոշ թերություններ, որոնք գիտնականներին դրդեցին փնտրել իոնային հեղուկների ավելի էկոլոգիապես մաքուր այլընտրանքներ, և այդպես ծնվեց DES-ը: Հանջիան առաջինն էր, որ օգտագործեց խորը էվտեկտիկ լուծիչներ (DES), որոնք բաղկացած էին վինիլքլորիդ պրոպիոնաթթվից (1:1), վինիլքլորիդ 3-ֆենիլպրոպիոնաթթվից (1:2) և 3-մերկապտոպրոպիոնաթթվից + իտակոնաթթվից + վինիլքլորիդից (1:1:2), որոնք համապատասխանաբար 68%, 58% և 58% զսպեցին բենտոնիտի այտուցը18: Ազատ փորձի ժամանակ Մ.Հ. Ռասուլը օգտագործեց գլիցերինի և կալիումի կարբոնատի (DES) 2:1 հարաբերակցությամբ և զգալիորեն նվազեցրեց թերթաքարային նմուշների այտուցը 87%-ով19,20: Մա-ն օգտագործեց միզանյութ:վինիլքլորիդ՝ թերթաքարային ընդլայնումը զգալիորեն նվազեցնելու համար 67%-ով21: Ռասուլը և այլք: DES-ի և պոլիմերի համադրությունը օգտագործվեց որպես կրկնակի գործողության թերթաքարային արգելակիչ, որը հասավ թերթաքարային արգելակման գերազանց ազդեցության22:
Չնայած խորը էվտեկտիկ լուծիչները (ԽԼԼ) ընդհանուր առմամբ համարվում են իոնային հեղուկների ավելի էկոլոգիապես մաքուր այլընտրանք, դրանք նաև պարունակում են պոտենցիալ թունավոր բաղադրիչներ, ինչպիսիք են ամոնիումի աղերը, ինչը դրանց էկոլոգիապես մաքուր լինելը կասկածելի է դարձնում: Այս խնդիրը հանգեցրել է բնական խորը էվտեկտիկ լուծիչների (ՆԱԴԵՍ) մշակմանը: Դրանք դեռևս դասակարգվում են որպես ԽԼԼ, բայց կազմված են բնական նյութերից և աղերից, այդ թվում՝ կալիումի քլորիդից (KCl), կալցիումի քլորիդից (CaCl2), Էպսոմի աղերից (MgSO4.7H2O) և այլն: ԽԼԼ-ի և ՆԱԴԵՍ-ի բազմաթիվ պոտենցիալ համակցությունները լայն հնարավորություններ են բացում այս ոլորտում հետազոտությունների համար և, ինչպես սպասվում է, կգտնեն կիրառություններ տարբեր ոլորտներում: Մի շարք հետազոտողներ հաջողությամբ մշակել են ԽԼԼ-ի նոր համակցություններ, որոնք արդյունավետ են ապացուցել իրենց արդյունավետությունը տարբեր կիրառություններում: Օրինակ՝ Նասերը և այլք, 2013 թվականին, սինթեզել են կալիումի կարբոնատի վրա հիմնված ԽԼԼ և ուսումնասիրել են դրա ջերմաֆիզիկական հատկությունները, որոնք հետագայում կիրառություններ են գտել հիդրատի արգելակման, հորատման հեղուկի հավելումների, դելիգնիֆիկացման և նանոֆիբրիլյացիայի ոլորտներում:23 Ջորդի Քիմը և նրա գործընկերները մշակել են ասկորբինաթթվի վրա հիմնված ՆԱԴԵՍ և գնահատել դրա հակաօքսիդանտային հատկությունները տարբեր կիրառություններում: 24 Քրիստերը և այլք մշակել են կիտրոնաթթվի վրա հիմնված NADES-ը և բացահայտել դրա ներուժը որպես կոլագենի արտադրանքի օժանդակ նյութ: 25 Լյու Յին և նրա գործընկերները ամփոփել են NADES-ի կիրառությունները որպես արդյունահանման և քրոմատոգրաֆիայի միջավայր համապարփակ վերանայման մեջ, մինչդեռ Միսանը և այլք քննարկել են NADES-ի հաջող կիրառությունները գյուղատնտեսական-սննդային ոլորտում: Անհրաժեշտ է, որ հորատման հեղուկի հետազոտողները սկսեն ուշադրություն դարձնել NADES-ի արդյունավետությանը իրենց կիրառություններում: Վերջերս: 2023 թվականին Ռասուլը և այլք օգտագործել են բնական խորը էվտեկտիկ լուծիչների տարբեր համադրություններ՝ հիմնված ասկորբինաթթվի26, կալցիումի քլորիդի27, կալիումի քլորիդի28 և Էպսոմի աղի29 վրա և հասել են տպավորիչ թերթաքարի արգելակման և թերթաքարի վերականգնման: Այս ուսումնասիրությունը առաջին ուսումնասիրություններից մեկն է, որը ներկայացրել է NADES-ը (մասնավորապես կիտրոնաթթվի և գլիցերինի վրա հիմնված բանաձևը) որպես էկոլոգիապես մաքուր և արդյունավետ թերթաքարի արգելակիչ ջրային հիմքով հորատման հեղուկներում, որն առանձնանում է շրջակա միջավայրի գերազանց կայունությամբ, թերթաքարի բարելավված արգելակման ունակությամբ և հեղուկի բարելավված կատարողականությամբ՝ համեմատած ավանդական արգելակիչների, ինչպիսիք են KCl-ը, իմիդազոլիլի վրա հիմնված իոնային հեղուկները և ավանդական DES-ը, համեմատած ավանդական արգելակիչների հետ, ինչպիսիք են KCl-ը, իմիդազոլիլի վրա հիմնված իոնային հեղուկները և ավանդական DES-ը:
Ուսումնասիրությունը կներառի կիտրոնաթթվի (CA) վրա հիմնված NADES-ի ներքին պատրաստումը, որին կհաջորդի մանրամասն ֆիզիկաքիմիական բնութագրումը և դրա օգտագործումը որպես հորատման հեղուկի հավելանյութ՝ հորատման հեղուկի հատկությունները և դրա ուռչման արգելակման ունակությունը գնահատելու համար: Այս ուսումնասիրության մեջ CA-ն կգործի որպես ջրածնային կապի ընդունիչ, մինչդեռ գլիցերինը (Gly) կգործի որպես ջրածնային կապի դոնոր, որը կընտրվի թերթաքարային արգելակման ուսումնասիրություններում NADES-ի ձևավորման/ընտրության MH սկրինինգային չափանիշների հիման վրա30: Ֆուրիեի ձևափոխության ինֆրակարմիր սպեկտրոսկոպիան (FTIR), ռենտգենյան դիֆրակցիան (XRD) և զետա պոտենցիալը (ZP) չափումները կպարզաբանեն NADES-կավ փոխազդեցությունները և կավի ուռչման արգելակման հիմքում ընկած մեխանիզմը: Բացի այդ, այս ուսումնասիրությունը կհամեմատի CA NADES-ի վրա հիմնված հորատման հեղուկը 1-էթիլ-3-մեթիլիմիդազոլիումի քլորիդի [EMIM]Cl7,12,14,17,31, KCl և խոլին քլորիդ:միզանյութ (1:2) վրա հիմնված DES32-ի հետ՝ թերթաքարային արգելակման և հորատման հեղուկի կատարողականի բարելավման գործում դրանց արդյունավետությունը ուսումնասիրելու համար:
Կիտրոնաթթու (մոնոհիդրատ), գլիցերին (99 USP) և միզանյութ գնվել են EvaChem-ից, Կուալա Լումպուր, Մալայզիա: Խոլինի քլորիդը (>98%), [EMIM]Cl 98% և կալիումի քլորիդը գնվել են Sigma Aldrich-ից, Մալայզիա: Բոլոր քիմիական նյութերի քիմիական կառուցվածքները ներկայացված են նկար 1-ում: Կանաչ դիագրամը համեմատում է այս ուսումնասիրության մեջ օգտագործված հիմնական քիմիական նյութերը՝ իմիդազոլիլ իոնային հեղուկ, խոլին քլորիդ (DES), կիտրոնաթթու, գլիցերին, կալիումի քլորիդ և NADES (կիտրոնաթթու և գլիցերին): Այս ուսումնասիրության մեջ օգտագործված քիմիական նյութերի էկոլոգիապես մաքուր լինելու աղյուսակը ներկայացված է աղյուսակ 1-ում: Աղյուսակում յուրաքանչյուր քիմիական նյութ գնահատվում է թունավորության, կենսաքայքայման, արժեքի և շրջակա միջավայրի կայունության հիման վրա:
Այս ուսումնասիրության մեջ օգտագործված նյութերի քիմիական կառուցվածքները՝ (ա) կիտրոնաթթու, (բ) [EMIM]Cl, (գ) խոլինի քլորիդ և (դ) գլիցերին։
CA (բնական խորը էվտեկտիկ լուծիչ) հիմքով NADES-ների մշակման համար ջրածնային կապի դոնորի (HBD) և ջրածնային կապի ընդունիչի (HBA) թեկնածուները ուշադիր ընտրվել են MH 30 ընտրության չափանիշներին համապատասխան, որոնք նախատեսված են NADES-ների՝ որպես արդյունավետ թերթաքարային ինհիբիտորների մշակման համար: Այս չափանիշի համաձայն, NADES-ների մշակման համար հարմար են համարվում մեծ թվով ջրածնային կապի դոնորներ և ընդունիչներ, ինչպես նաև բևեռային ֆունկցիոնալ խմբեր ունեցող բաղադրիչները:
Բացի այդ, այս ուսումնասիրության մեջ համեմատության համար ընտրվել են իոնային հեղուկ [EMIM]Cl-ը և խոլին քլորիդ:միզանյութի խորը էվտեկտիկ լուծիչը (DES), քանի որ դրանք լայնորեն օգտագործվում են որպես հորատման հեղուկի հավելանյութեր33,34,35,36: Բացի այդ, համեմատվել է կալիումի քլորիդը (KCl), քանի որ այն տարածված արգելակիչ է:
Կիտրոնաթթուն և գլիցերինը խառնվել են տարբեր մոլային հարաբերակցություններով՝ էվտեկտիկ խառնուրդներ ստանալու համար: Տեսողական զննումը ցույց է տվել, որ էվտեկտիկ խառնուրդը համասեռ, թափանցիկ հեղուկ է՝ առանց պղտորության, ինչը ցույց է տալիս, որ ջրածնային կապի դոնորը (HBD) և ջրածնային կապի ընդունիչը (HBA) հաջողությամբ խառնվել են այս էվտեկտիկ կազմի մեջ: Նախնական փորձեր են անցկացվել՝ HBD-ի և HBA-ի խառնման գործընթացի ջերմաստիճանից կախված վարքագիծը դիտարկելու համար: Հասանելի գրականության համաձայն, էվտեկտիկ խառնուրդների համամասնությունը գնահատվել է 50°C, 70°C և 100°C-ից բարձր երեք հատուկ ջերմաստիճաններում, ինչը ցույց է տալիս, որ էվտեկտիկ ջերմաստիճանը սովորաբար 50-80°C միջակայքում է: Mettler թվային կշեռք է օգտագործվել HBD-ի և HBA-ի բաղադրիչները ճշգրիտ կշռելու համար, իսկ Thermo Fisher տաք ափսե՝ HBD-ն և HBA-ն 100 պտ/րոպե տաքացնելու և խառնելու համար՝ վերահսկվող պայմաններում:
Մեր սինթեզված խորը էվտեկտիկ լուծիչի (DES) ջերմաֆիզիկական հատկությունները, ներառյալ խտությունը, մակերեսային լարվածությունը, բեկման ցուցիչը և մածուցիկությունը, ճշգրտորեն չափվել են 289.15-ից մինչև 333.15 Կ ջերմաստիճանային միջակայքում: Պետք է նշել, որ այս ջերմաստիճանային միջակայքն ընտրվել է հիմնականում առկա սարքավորումների սահմանափակումների պատճառով: Համապարփակ վերլուծությունը ներառել է այս NADES բանաձևի տարբեր ջերմաֆիզիկական հատկությունների խորը ուսումնասիրություն՝ բացահայտելով դրանց վարքագիծը ջերմաստիճանային միջակայքում: Այս կոնկրետ ջերմաստիճանային միջակայքի վրա կենտրոնանալը հնարավորություն է տալիս պատկերացում կազմել NADES-ի հատկությունների մասին, որոնք հատկապես կարևոր են մի շարք կիրառությունների համար:
Պատրաստի NADES-ի մակերևութային լարվածությունը չափվել է 289.15-ից մինչև 333.15 Կ միջակայքում՝ օգտագործելով միջերեսային լարվածության չափիչ (IFT700): NADES կաթիլները ձևավորվում են մեծ ծավալի հեղուկով լցված խցիկում՝ օգտագործելով մազանոթային ասեղ՝ որոշակի ջերմաստիճանի և ճնշման պայմաններում: Ժամանակակից պատկերագրական համակարգերը ներմուծում են համապատասխան երկրաչափական պարամետրեր՝ միջերեսային լարվածությունը Լապլասի հավասարման միջոցով հաշվարկելու համար:
Թարմ պատրաստված NADES-ի բեկման ցուցիչը 289.15-ից մինչև 333.15 Կ ջերմաստիճանային միջակայքում որոշելու համար օգտագործվել է ATAGO ռեֆրակտոմետր: Սարքն օգտագործում է ջերմային մոդուլ՝ լույսի բեկման աստիճանը գնահատելու համար ջերմաստիճանը կարգավորելու համար, վերացնելով հաստատուն ջերմաստիճանի ջրային լոգանքի անհրաժեշտությունը: Ռեֆրակտոմետրի պրիզմայի մակերեսը պետք է մաքրվի, և նմուշի լուծույթը պետք է հավասարաչափ բաշխվի դրա վրա: Կալիբրացրեք հայտնի ստանդարտ լուծույթով, ապա կարդացեք բեկման ցուցիչը էկրանից:
Պատրաստի NADES-ի մածուցիկությունը չափվել է 289.15-ից մինչև 333.15 Կ ջերմաստիճանային միջակայքում՝ օգտագործելով Բրուքֆիլդի պտտական ​​մածուցիկաչափ (կրիոգեն տիպի)՝ 30 պտույտ/րոպե սղման արագությամբ և 6 իլիկի չափսով: Մածուցիկաչափը չափում է մածուցիկությունը՝ որոշելով հեղուկ նմուշում մածիկը հաստատուն արագությամբ պտտելու համար անհրաժեշտ պտտող մոմենտը: Նմուշը իլիկի տակ գտնվող էկրանին տեղադրելուց և ամրացնելուց հետո, մածուցիկաչափը ցուցադրում է մածուցիկությունը ցենտիպոյզներով (cP), տրամադրելով արժեքավոր տեղեկատվություն հեղուկի ռեոլոգիական հատկությունների վերաբերյալ:
Թարմ պատրաստված բնական խորը էվտեկտիկ լուծիչի (NDEES) խտությունը 289.15–333.15 K ջերմաստիճանային միջակայքում որոշելու համար օգտագործվել է DMA 35 Basic դյուրակիր խտության չափիչ։ Քանի որ սարքը ներկառուցված ջեռուցիչ չունի, NADES խտության չափիչն օգտագործելուց առաջ այն պետք է նախապես տաքացվի մինչև նշված ջերմաստիճանը (± 2 °C): Առնվազն 2 մլ նմուշ քաշեք խողովակի միջով, և խտությունը անմիջապես կցուցադրվի էկրանին։ Հարկ է նշել, որ ներկառուցված ջեռուցիչի բացակայության պատճառով չափման արդյունքները ունեն ± 2 °C սխալ։
Թարմ պատրաստված NADES-ի pH-ը 289.15–333.15 K ջերմաստիճանային միջակայքում գնահատելու համար մենք օգտագործել ենք Kenis սեղանի pH չափիչ։ Քանի որ ներկառուցված տաքացման սարք չկա, NADES-ը նախ տաքացվել է մինչև ցանկալի ջերմաստիճանը (±2 °C)՝ օգտագործելով տաքացնող վառարան, ապա չափվել է անմիջապես pH չափիչով։ pH չափիչի զոնդը ամբողջությամբ ընկղմել NADES-ի մեջ և գրանցել վերջնական արժեքը՝ ցուցմունքը կայունանալուց հետո։
Բնական խորը էվտեկտիկ լուծիչների (NADES) ջերմային կայունությունը գնահատելու համար օգտագործվել է ջերմագրավիմետրիկ վերլուծություն (TGA): Նմուշները վերլուծվել են տաքացման ընթացքում: Բարձր ճշգրտության կշեռքի միջոցով և տաքացման գործընթացը ուշադիր վերահսկելով՝ ստացվել է զանգվածի կորստի և ջերմաստիճանի գրաֆիկը: NADES-ը տաքացվել է 0-ից մինչև 500 °C՝ րոպեում 1 °C արագությամբ:
Գործընթացը սկսելու համար NADES նմուշը պետք է մանրակրկիտ խառնվի, համասեռացվի և հեռացվի մակերեսային խոնավությունը։ Այնուհետև պատրաստված նմուշը տեղադրվում է TGA կյուվետի մեջ, որը սովորաբար պատրաստված է իներտ նյութից, ինչպիսին է ալյումինը։ Ճշգրիտ արդյունքներ ապահովելու համար TGA սարքերը կարգաբերվում են՝ օգտագործելով հղման նյութեր, սովորաբար՝ քաշի ստանդարտներ։ Կարգաբերվելուց հետո սկսվում է TGA փորձը, և նմուշը տաքացվում է վերահսկվող եղանակով, սովորաբար՝ հաստատուն արագությամբ։ Նմուշի քաշի և ջերմաստիճանի միջև կապի անընդհատ մոնիթորինգը փորձի հիմնական մասն է։ TGA սարքերը հավաքում են տվյալներ ջերմաստիճանի, քաշի և այլ պարամետրերի, ինչպիսիք են գազի հոսքը կամ նմուշի ջերմաստիճանը, վերաբերյալ։ TGA փորձի ավարտից հետո հավաքված տվյալները վերլուծվում են՝ նմուշի քաշի փոփոխությունը ջերմաստիճանի ֆունկցիայի տեսանկյունից որոշելու համար։ Այս տեղեկատվությունը արժեքավոր է նմուշի ֆիզիկական և քիմիական փոփոխությունների հետ կապված ջերմաստիճանային միջակայքերը որոշելու համար, ներառյալ հալման, գոլորշիացման, օքսիդացման կամ քայքայման նման գործընթացները։
Ջրային հիմքով հորատման հեղուկը մանրակրկիտ մշակվել է API 13B-1 ստանդարտին համապատասխան, և դրա կոնկրետ կազմը ներկայացված է աղյուսակ 2-ում՝ որպես հղում: Կիտրոնաթթու և գլիցերին (99 USP) գնվել են Sigma Aldrich-ից, Մալայզիա՝ բնական խորը էվտեկտիկ լուծիչ (NADES) պատրաստելու համար: Բացի այդ, Sigma Aldrich-ից, Մալայզիա, գնվել է նաև ավանդական թերթաքարային ինհիբիտոր՝ կալիումի քլորիդը (KCl): Ընտրվել է 98%-ից ավելի մաքրությամբ 1-էթիլ, 3-մեթիլիմիդազոլիումի քլորիդը ([EMIM]Cl)՝ հորատման հեղուկի ռեոլոգիայի բարելավման և թերթաքարային ինհիբիտորման վրա իր նշանակալի ազդեցության շնորհիվ, ինչը հաստատվել է նախորդ ուսումնասիրություններում: KCl-ը և ([EMIM]Cl)-ը կօգտագործվեն համեմատական ​​վերլուծության մեջ՝ NADES-ի թերթաքարային ինհիբիտորման կատարողականը գնահատելու համար:
Շատ հետազոտողներ նախընտրում են օգտագործել բենտոնիտի թեփուկներ թերթաքարի ուռչումն ուսումնասիրելու համար, քանի որ բենտոնիտը պարունակում է նույն «մոնտմորիլոնիտի» խումբը, որը առաջացնում է թերթաքարի ուռչում: Իրական թերթաքարի միջուկի նմուշներ ստանալը դժվար է, քանի որ միջուկազերծման գործընթացը անկայունացնում է թերթաքարը, ինչի արդյունքում նմուշներ են ստացվում, որոնք ամբողջությամբ թերթաքար չեն, բայց սովորաբար պարունակում են ավազաքարի և կրաքարի շերտերի խառնուրդ: Բացի այդ, թերթաքարի նմուշներում սովորաբար բացակայում են մոնտմորիլոնիտի խմբերը, որոնք առաջացնում են թերթաքարի ուռչում և, հետևաբար, անպիտան են ուռչման արգելակման փորձերի համար:
Այս ուսումնասիրության մեջ մենք օգտագործել ենք վերականգնված բենտոնիտային մասնիկներ՝ մոտավորապես 2.54 սմ տրամագծով: Հատիկները պատրաստվել են 11.5 գրամ նատրիումի բենտոնիտային փոշի սեղմելով հիդրավլիկ մամլիչում 1600 psi ճնշման տակ: Հատիկների հաստությունը ճշգրտորեն չափվել է գծային դիլատոմետրի (LD) մեջ տեղադրելուց առաջ: Այնուհետև մասնիկները ընկղմվել են հորատման հեղուկի նմուշների մեջ, ներառյալ հիմքային նմուշները և թերթաքարի այտուցը կանխելու համար օգտագործվող ինհիբիտորներով ներարկված նմուշները: Այնուհետև հատիկների հաստության փոփոխությունը ուշադիր վերահսկվել է LD-ի միջոցով, չափումները գրանցվելով 60 վայրկյան ընդմիջումներով՝ 24 ժամվա ընթացքում:
Ռենտգենյան դիֆրակցիան ցույց տվեց, որ բենտոնիտի կազմը, մասնավորապես՝ մոնտմորիլոնիտի 47%-ը, կարևոր գործոն է դրա երկրաբանական բնութագրերը հասկանալու համար: Բենտոնիտի մոնտմորիլոնիտի բաղադրիչներից մոնտմորիլոնիտը հիմնական բաղադրիչն է՝ կազմելով ընդհանուր բաղադրիչների 88.6%-ը: Միևնույն ժամանակ, քվարցը կազմում է 29%-ը, իլիտը` 7%-ը, իսկ կարբոնատը՝ 9%-ը: Մի փոքր մասը (մոտ 3.2%) իլիտի և մոնտմորիլոնիտի խառնուրդ է: Բացի այդ, այն պարունակում է միկրոտարրեր, ինչպիսիք են Fe2O3-ը (4.7%), արծաթի ալյումինասիլիկատը (1.2%), մուսկովիտը (4%) և ֆոսֆատը (2.3%): Բացի այդ, առկա են Na2O-ի (1.83%) և երկաթի սիլիկատի (2.17%) փոքր քանակություններ, ինչը հնարավորություն է տալիս լիարժեք գնահատել բենտոնիտի բաղադրիչ տարրերը և դրանց համապատասխան համամասնությունները:
Այս համապարփակ ուսումնասիրության բաժինը մանրամասն նկարագրում է բնական խորը էվտեկտիկ լուծիչով (NADES) պատրաստված և տարբեր կոնցենտրացիաներով (1%, 3% և 5%) հորատման հեղուկի հավելանյութի տեսքով օգտագործվող հորատման հեղուկի նմուշների ռեոլոգիական և ֆիլտրացիոն հատկությունները: NADES-ի վրա հիմնված խառնուրդի նմուշները այնուհետև համեմատվել և վերլուծվել են կալիումի քլորիդից (KCl), CC:urea DES-ից (խոլին քլորիդ խորը էվտեկտիկ լուծիչ:urea) և իոնային հեղուկներից բաղկացած խառնուրդի նմուշների հետ: Այս ուսումնասիրության մեջ ներառվել են մի շարք հիմնական պարամետրեր, այդ թվում՝ FANN մածուցիկության չափումները, որոնք ստացվել են 100°C և 150°C ջերմաստիճաններում ծերացման պայմաններին ենթարկվելուց առաջ և հետո: Չափումները կատարվել են տարբեր պտտման արագություններով (3 պտ/րոպե, 6 պտ/րոպե, 300 պտ/րոպե և 600 պտ/րոպե), ինչը թույլ է տալիս համապարփակ վերլուծություն կատարել հորատման հեղուկի վարքագծի վերաբերյալ: Ստացված տվյալները կարող են օգտագործվել այնպիսի հիմնական հատկությունների որոշման համար, ինչպիսիք են հոսունության սահմանը (YP) և պլաստիկ մածուցիկությունը (PV), որոնք պատկերացում են տալիս հեղուկի աշխատանքի մասին տարբեր պայմաններում: Բարձր ճնշման, բարձր ջերմաստիճանի (HPHT) ֆիլտրացիայի փորձարկումները 400 psi և 150°C ճնշման տակ (բարձր ջերմաստիճանի հորատանցքերի բնորոշ ջերմաստիճաններ) որոշում են ֆիլտրացիայի արդյունավետությունը (տորթի հաստությունը և ֆիլտրատի ծավալը):
Այս բաժնում օգտագործվում են ժամանակակից սարքավորումներ՝ Grace HPHT գծային դիլատոմետր (M4600), որոնք մանրակրկիտ գնահատում են մեր ջրային հիմքով հորատման հեղուկների թերթաքարի ուռչման արգելակման հատկությունները: LSM-ը ժամանակակից մեքենա է, որը բաղկացած է երկու բաղադրիչներից՝ թիթեղային սեղմիչ և գծային դիլատոմետր (մոդել՝ M4600): Բենտոնիտային թիթեղները պատրաստվել են վերլուծության համար՝ օգտագործելով Grace Core/Plate Compactor-ը: Այնուհետև LSM-ը տրամադրում է անհապաղ ուռչման տվյալներ այս թիթեղների վերաբերյալ, ինչը թույլ է տալիս համապարփակ գնահատել թերթաքարի ուռչման արգելակման հատկությունները: Թիթեղի ընդարձակման փորձարկումները կատարվել են շրջակա միջավայրի պայմաններում, այսինքն՝ 25°C և 1 psia ճնշման տակ:
Թերթաքարի կայունության փորձարկումը ներառում է հիմնական թեստ, որը հաճախ անվանում են թերթաքարի վերականգնման փորձարկում, թերթաքարի թաթախման փորձարկում կամ թերթաքարի ցրման փորձարկում: Այս գնահատումը սկսելու համար թերթաքարի կտորները բաժանվում են #6 BSS մաղի վրա, ապա տեղադրվում #10 մաղի վրա: Այնուհետև կտորները մատակարարվում են պահեստային բաք, որտեղ դրանք խառնվում են NADES (բնական խորը էվտեկտիկ լուծիչ) պարունակող բազային հեղուկի և հորատման ցեխի հետ: Հաջորդ քայլը խառնուրդը վառարանում տեղադրելն է՝ ինտենսիվ տաք գլանման գործընթացի համար, ապահովելով, որ կտորները և ցեխը լավ խառնվեն: 16 ժամ անց կտորները հեռացվում են միջուկից՝ թույլ տալով թերթաքարին քայքայվել, ինչը հանգեցնում է կտորների քաշի նվազմանը: Թերթաքարի վերականգնման փորձարկումն իրականացվել է այն բանից հետո, երբ թերթաքարի կտորները 24 ժամվա ընթացքում պահվել են հորատման ցեխի մեջ 150°C ջերմաստիճանում և 1000 psi. դյույմ ճնշման տակ:
Թերթաքարային տիղմի վերականգնումը չափելու համար մենք այն զտեցինք ավելի նուրբ մաղով (40 mesh), այնուհետև մանրակրկիտ լվացինք ջրով և վերջապես չորացրինք ջեռոցում: Այս մանրակրկիտ ընթացակարգը թույլ է տալիս մեզ գնահատել վերականգնված տիղմը սկզբնական քաշի համեմատ, վերջնական արդյունքում հաշվարկելով թերթաքարային տիղմի հաջողությամբ վերականգնված տոկոսը: Թերթաքարային նմուշների աղբյուրը Նիահ շրջանից է, Միրի շրջանից, Սարավակ, Մալայզիա: Դիսպերսիայի և վերականգնման փորձարկումներից առաջ թերթաքարային նմուշները ենթարկվել են մանրակրկիտ ռենտգենյան դիֆրակցիոն (XRD) վերլուծության՝ դրանց կավի կազմը քանակականացնելու և փորձարկման համար պիտանիությունը հաստատելու համար: Նմուշի կավի հանքային կազմը հետևյալն է՝ իլիտ 18%, կաոլինիտ 31%, քլորիտ 22%, վերմիկուլիտ 10% և փայլար 19%:
Մակերեսային լարվածությունը հիմնական գործոն է, որը վերահսկում է ջրային կատիոնների ներթափանցումը թերթաքարային միկրոծակոտիների մեջ մազանոթային գործողության միջոցով, որը մանրամասն կուսումնասիրվի այս բաժնում: Այս հոդվածը ուսումնասիրում է մակերեսային լարվածության դերը հորատման հեղուկների կպչունության հատկության մեջ՝ ընդգծելով դրա կարևոր ազդեցությունը հորատման գործընթացի, մասնավորապես թերթաքարային արգելակման վրա: Մենք օգտագործել ենք միջերեսային տենզիոմետր (IFT700)՝ հորատման հեղուկի նմուշների մակերեսային լարվածությունը ճշգրիտ չափելու համար, բացահայտելով հեղուկի վարքագծի կարևոր ասպեկտ թերթաքարային արգելակման համատեքստում:
Այս բաժնում մանրամասնորեն քննարկվում է d-շերտի հեռավորությունը, որը կավերի մեջ ալյումինասիլիկատային շերտերի և մեկ ալյումինասիլիկատային շերտի միջև ընկած միջշերտային հեռավորությունն է: Համեմատության համար վերլուծությունը ներառել է խոնավ ցեխի նմուշներ, որոնք պարունակում էին 1%, 3% և 5% CA NADES, ինչպես նաև 3% KCl, 3% [EMIM]Cl և 3% CC:urea-ի վրա հիմնված DES: 40 մԱ և 45 կՎ լարման պայմաններում Cu-Kα ճառագայթմամբ (λ = 1.54059 Å) աշխատող ժամանակակից սեղանային ռենտգենյան դիֆրակցիոն չափիչը (D2 Phaser) կարևոր դեր է խաղացել ինչպես խոնավ, այնպես էլ չոր Na-Bt նմուշների ռենտգենյան դիֆրակցիոն գագաթների գրանցման գործում: Բրեգգի հավասարման կիրառումը հնարավորություն է տալիս ճշգրիտ որոշել d-շերտի հեռավորությունը, այդպիսով ապահովելով արժեքավոր տեղեկատվություն կավի վարքագծի վերաբերյալ:
Այս բաժինը օգտագործում է առաջադեմ Malvern Zetasizer Nano ZSP սարքը՝ զետա պոտենցիալը ճշգրիտ չափելու համար: Այս գնահատումը արժեքավոր տեղեկատվություն է տրամադրել 1%, 3% և 5% CA NADES պարունակող նոսրացված ցեխի նմուշների լիցքի բնութագրերի, ինչպես նաև 3% KCl, 3% [EMIM]Cl և 3% CC:urea-ի վրա հիմնված DES-ի համեմատական ​​վերլուծության համար: Այս արդյունքները նպաստում են կոլոիդային միացությունների կայունության և հեղուկներում դրանց փոխազդեցությունների մեր ըմբռնմանը:
Կավե նմուշները հետազոտվել են բնական խորը էվտեկտիկ լուծիչի (NADES) ազդեցությանը ենթարկվելուց առաջ և հետո՝ օգտագործելով Zeiss Supra 55 VP դաշտային էմիսիայի սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակ (FESEM), որը հագեցած է էներգիայի դիսպերսիոն ռենտգենով (EDX): Պատկերման լուծաչափը 500 նմ էր, իսկ էլեկտրոնային փնջի էներգիան՝ 30 կՎ և 50 կՎ: FESEM-ը ապահովում է կավե նմուշների մակերևույթի ձևաբանության և կառուցվածքային առանձնահատկությունների բարձր լուծաչափով վիզուալիզացիա: Այս ուսումնասիրության նպատակն էր տեղեկատվություն ստանալ NADES-ի կավե նմուշների վրա ազդեցության մասին՝ համեմատելով ազդեցությունից առաջ և հետո ստացված պատկերները:
Այս ուսումնասիրության մեջ օգտագործվել է դաշտային էմիսիոն սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակի (FESEM) տեխնոլոգիան՝ կավե նմուշների վրա NADES-ի ազդեցությունը մանրադիտակային մակարդակով ուսումնասիրելու համար: Այս ուսումնասիրության նպատակն է պարզաբանել NADES-ի հնարավոր կիրառությունները և դրա ազդեցությունը կավի ձևաբանության և միջին մասնիկների չափի վրա, ինչը արժեքավոր տեղեկատվություն կտրամադրի այս ոլորտում հետազոտությունների համար:
Այս ուսումնասիրության մեջ սխալի սյուները օգտագործվել են փորձարարական պայմաններում միջին տոկոսային սխալի (AMPE) փոփոխականությունն ու անորոշությունը տեսողականորեն նկարագրելու համար: Անհատական ​​AMPE արժեքները գծագրելու փոխարեն (քանի որ AMPE արժեքների գծագրումը կարող է մթագնել միտումները և չափազանցնել փոքր տատանումները), մենք սխալի սյուները հաշվարկում ենք 5% կանոնի միջոցով: Այս մոտեցումը ապահովում է, որ յուրաքանչյուր սխալի սյուտը ներկայացնի այն միջակայքը, որի շրջանակներում, ինչպես սպասվում է, կընկնեն 95% վստահության միջակայքը և AMPE արժեքների 100%-ը, այդպիսով ապահովելով յուրաքանչյուր փորձարարական պայմանի տվյալների բաշխման ավելի պարզ և հակիրճ ամփոփում: 5% կանոնի վրա հիմնված սխալի սյուների օգտագործումը, այսպիսով, բարելավում է գրաֆիկական ներկայացումների մեկնաբանելիությունն ու հուսալիությունը և օգնում է ավելի մանրամասն հասկանալ արդյունքները և դրանց հետևանքները:
Բնական խորը էվտեկտիկ լուծիչների (NADES) սինթեզի ժամանակ, ներքին պատրաստման գործընթացում ուշադիր ուսումնասիրվել են մի քանի հիմնական պարամետրեր: Այս կարևոր գործոններն են ջերմաստիճանը, մոլային հարաբերակցությունը և խառնման արագությունը: Մեր փորձերը ցույց են տալիս, որ երբ HBA-ն (կիտրոնաթթու) և HBD-ն (գլիցերին) խառնվում են 1:4 մոլային հարաբերակցությամբ 50°C ջերմաստիճանում, առաջանում է էվտեկտիկ խառնուրդ: Էվտեկտիկ խառնուրդի տարբերակիչ առանձնահատկությունը դրա թափանցիկ, միատարր տեսքն է և նստվածքի բացակայությունը: Այսպիսով, այս կարևոր քայլը ընդգծում է մոլային հարաբերակցության, ջերմաստիճանի և խառնման արագության կարևորությունը, որոնց թվում մոլային հարաբերակցությունը DES-ի և NADES-ի պատրաստման ամենաազդեցիկ գործոնն էր, ինչպես ցույց է տրված նկար 2-ում:
Բեկման ցուցիչը (n) արտահայտում է լույսի արագության հարաբերությունը վակուումում և լույսի արագությունը երկրորդ, ավելի խիտ միջավայրում: Բեկման ցուցիչը հատկապես հետաքրքիր է բնական խորը էվտեկտիկ լուծիչների (NADES) համար, երբ դիտարկվում են օպտիկապես զգայուն կիրառություններ, ինչպիսիք են կենսասենսորները: Ուսումնասիրված NADES-ի բեկման ցուցիչը 25 °C ջերմաստիճանում կազմել է 1.452, որը հետաքրքիրորեն ցածր է գլիցերինի ցուցիչից:
Հարկ է նշել, որ NADES-ի բեկման ցուցիչը նվազում է ջերմաստիճանի հետ, և այս միտումը կարելի է ճշգրիտ նկարագրել (1) բանաձևով և նկար 3-ով, որտեղ բացարձակ միջին տոկոսային սխալը (AMPE) հասնում է 0%-ի: Ջերմաստիճանից կախված այս վարքագիծը բացատրվում է բարձր ջերմաստիճաններում մածուցիկության և խտության նվազմամբ, ինչը հանգեցնում է լույսի ավելի մեծ արագությամբ միջավայարով անցնելուն, ինչը հանգեցնում է բեկման ցուցիչի (n) ավելի ցածր արժեքի: Այս արդյունքները արժեքավոր պատկերացում են տալիս NADES-ի օպտիկական զգայունության մեջ ռազմավարական օգտագործման վերաբերյալ՝ ընդգծելով դրանց ներուժը կենսասենսորային կիրառություններում:
Մակերևութային լարվածությունը, որը արտացոլում է հեղուկի մակերեսը նվազագույնի հասցնելու միտումը, մեծ նշանակություն ունի բնական խորը էվտեկտիկ լուծիչների (NADES) մազանոթային ճնշման վրա հիմնված կիրառությունների համար պիտանիության գնահատման գործում: 25–60 °C ջերմաստիճանային տիրույթում մակերևութային լարվածության ուսումնասիրությունը արժեքավոր տեղեկատվություն է տրամադրում: 25 °C ջերմաստիճանում կիտրոնաթթվի վրա հիմնված NADES-ի մակերևութային լարվածությունը կազմել է 55.42 մՆ/մ, որը զգալիորեն ցածր է ջրի և գլիցերինի մակերևութային լարվածությունից: Նկար 4-ը ցույց է տալիս, որ մակերևութային լարվածությունը զգալիորեն նվազում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մեկտեղ: Այս երևույթը կարելի է բացատրել մոլեկուլային կինետիկ էներգիայի աճով և միջմոլեկուլային ձգողական ուժերի հետագա նվազմամբ:
Ուսումնասիրված NADES-ում դիտարկված մակերևութային լարվածության գծային նվազման միտումը կարող է լավ արտահայտվել (2) հավասարմամբ, որը պատկերում է 25–60 °C ջերմաստիճանային միջակայքում հիմնական մաթեմատիկական կապը: Նկար 4-ի գրաֆիկը հստակ պատկերում է մակերևութային լարվածության միտումը ջերմաստիճանի հետ՝ 1.4% բացարձակ միջին տոկոսային սխալով (AMPE), որը քանակականացնում է հաղորդված մակերևութային լարվածության արժեքների ճշգրտությունը: Այս արդյունքները կարևոր նշանակություն ունեն NADES-ի վարքագիծը և դրա հնարավոր կիրառությունները հասկանալու համար:
Բնական խորը էվտեկտիկ լուծիչների (NADES) խտության դինամիկայի հասկացումը կարևոր է բազմաթիվ գիտական ​​ուսումնասիրություններում դրանց կիրառումը հեշտացնելու համար: Կիտրոնաթթվի վրա հիմնված NADES-ի խտությունը 25°C ջերմաստիճանում կազմում է 1.361 գ/սմ3, որը ավելի բարձր է, քան սկզբնական գլիցերինի խտությունը: Այս տարբերությունը կարելի է բացատրել գլիցերինին ջրածնային կապի ակցեպտորի (կիտրոնաթթու) ավելացմամբ:
Որպես օրինակ վերցնելով ցիտրատի վրա հիմնված NADES-ը, դրա խտությունը 60°C ջերմաստիճանում նվազում է մինչև 1.19 գ/սմ3: Տաքացման ժամանակ կինետիկ էներգիայի աճը հանգեցնում է NADES մոլեկուլների ցրմանը, ինչը հանգեցնում է դրանց ավելի մեծ ծավալի զբաղեցնմանը, ինչը հանգեցնում է խտության նվազմանը: Խտության դիտարկված նվազումը ցույց է տալիս որոշակի գծային կապ ջերմաստիճանի բարձրացման հետ, որը կարող է ճիշտ արտահայտվել (3) բանաձևով: Նկար 5-ը գրաֆիկորեն ներկայացնում է NADES խտության փոփոխության այս բնութագրերը՝ 1.12% բացարձակ միջին տոկոսային սխալով (AMPE), որը քանակական չափանիշ է հաղորդում խտության արժեքների ճշգրտության համար:
Մածուցիկությունը շարժման մեջ գտնվող հեղուկի տարբեր շերտերի միջև ձգողական ուժն է և կարևոր դեր է խաղում բնական խորը էվտեկտիկ լուծիչների (NADES) կիրառելիությունը տարբեր կիրառություններում հասկանալու գործում: 25°C-ում NADES-ի մածուցիկությունը կազմել է 951 cP, որը ավելի բարձր է, քան գլիցերինինը:
Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մածուցիկության նկատվող նվազումը հիմնականում բացատրվում է միջմոլեկուլային ձգողական ուժերի թուլացմամբ: Այս երևույթը հանգեցնում է հեղուկի մածուցիկության նվազմանը, միտում, որը հստակ երևում է նկար 6-ում և քանակականացվում է (4) հավասարմամբ: Հատկանշական է, որ 60°C-ում մածուցիկությունը նվազում է մինչև 898 cP՝ 1.4% ընդհանուր միջին տոկոսային սխալով (AMPE): NADES-ում մածուցիկության և ջերմաստիճանի կախվածության մանրամասն ըմբռնումը մեծ նշանակություն ունի դրա գործնական կիրառման համար:
Լուծույթի pH-ը, որը որոշվում է ջրածնի իոնի կոնցենտրացիայի բացասական լոգարիթմով, կարևոր է, հատկապես pH-զգայուն կիրառություններում, ինչպիսին է ԴՆԹ-ի սինթեզը, ուստի NADES-ի pH-ը պետք է ուշադիր ուսումնասիրվի օգտագործելուց առաջ: Կիտրոնաթթվի վրա հիմնված NADES-ի օրինակ վերցնելով՝ կարելի է դիտարկել 1.91 հստակ թթվային pH, որը կտրուկ հակադրվում է գլիցերինի համեմատաբար չեզոք pH-ին:
Հետաքրքիր է, որ բնական կիտրոնաթթվի դեհիդրոգենազի լուծելի լուծիչի (NADES) pH-ը ցույց է տվել ոչ գծային նվազման միտում ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մեկտեղ: Այս երևույթը պայմանավորված է մոլեկուլային տատանումների աճով, որոնք խաթարում են լուծույթում H+ հավասարակշռությունը, ինչը հանգեցնում է [H]+ իոնների առաջացմանը և, իր հերթին, pH-ի արժեքի փոփոխությանը: Մինչդեռ կիտրոնաթթվի բնական pH-ը տատանվում է 3-ից մինչև 5, գլիցերինում թթվային ջրածնի առկայությունը pH-ը էլ ավելի է իջեցնում մինչև 1.91:
Ցիտրատի վրա հիմնված NADES-ի pH վարքագիծը 25–60 °C ջերմաստիճանային տիրույթում կարող է համապատասխանաբար ներկայացվել (5) հավասարմամբ, որը մաթեմատիկական արտահայտություն է տալիս դիտարկվող pH միտման համար: Նկար 7-ը գրաֆիկորեն պատկերում է այս հետաքրքիր կապը՝ ընդգծելով ջերմաստիճանի ազդեցությունը NADES-ի pH-ի վրա, որը, ըստ AMPE-ի, կազմում է 1.4%:
Բնական կիտրոնաթթվի խորը էվտեկտիկ լուծիչի (NADES) ջերմագրավիմետրիկ վերլուծությունը (TGA) համակարգված կերպով իրականացվել է սենյակային ջերմաստիճանից մինչև 500 °C ջերմաստիճանային միջակայքում: Ինչպես երևում է նկար 8ա և բ-ից, մինչև 100 °C սկզբնական զանգվածի կորուստը հիմնականում պայմանավորված էր կլանված ջրով և կիտրոնաթթվի ու մաքուր գլիցերինի հետ կապված հիդրատացիոն ջրով: Մինչև 180 °C ջերմաստիճանում դիտվել է մոտ 88% զանգվածի զգալի պահպանում, որը հիմնականում պայմանավորված էր կիտրոնաթթվի ակոնիտիկ թթվի քայքայմամբ և հետագա տաքացման ժամանակ մեթիլմալեային անհիդրիդ(III) առաջացմամբ (Նկար 8բ): 180 °C-ից բարձր ջերմաստիճանում գլիցերինում կարելի էր նաև դիտարկել ակրոլեինի (ակրիլալդեհիդ) հստակ տեսք, ինչպես ցույց է տրված նկար 8բ37-ում:
Գլիցերինի ջերմագրավիմետրիկ վերլուծությունը (TGA) բացահայտեց երկփուլ զանգվածի կորստի գործընթաց: Սկզբնական փուլը (180-ից 220 °C) ներառում է ակրոլեինի առաջացում, որին հաջորդում է զգալի զանգվածի կորուստը 230-ից 300 °C բարձր ջերմաստիճաններում (Նկար 8ա): Ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգընթաց հաջորդաբար առաջանում են ացետալդեհիդ, ածխաթթու գազ, մեթան և ջրածին: Հատկանշական է, որ զանգվածի միայն 28%-ն է պահպանվել 300 °C-ում, ինչը ենթադրում է, որ NADES 8(a)38,39-ի ներքին հատկությունները կարող են թերի լինել:
Նոր քիմիական կապերի առաջացման վերաբերյալ տեղեկատվություն ստանալու համար, բնական խորը էվտեկտիկ լուծիչների (NADES) թարմ պատրաստված սուսպենզիաները վերլուծվել են Ֆուրիեի ձևափոխության ինֆրակարմիր սպեկտրոսկոպիայի (FTIR) միջոցով: Վերլուծությունը կատարվել է NADES սուսպենզիայի սպեկտրը մաքուր կիտրոնաթթվի (CA) և գլիցերինի (Gly) սպեկտրների հետ համեմատելով: CA սպեկտրը ցույց է տվել հստակ գագաթներ 1752 1/cm3 և 1673 1/cm3 կետերում, որոնք ներկայացնում են C=O կապի ձգման տատանումները և նաև բնորոշ են CA-ին: Բացի այդ, մատնահետքի շրջանում դիտվել է OH ծռման տատանման զգալի տեղաշարժ 1360 1/cm3 կետում, ինչպես ցույց է տրված նկար 9-ում:
Նմանապես, գլիցերինի դեպքում, OH ձգման և ծռման տատանումների տեղաշարժերը հայտնաբերվել են համապատասխանաբար 3291 1/սմ և 1414 1/սմ ալիքային թվերի դեպքում: Այժմ, պատրաստված NADES-ի սպեկտրը վերլուծելով, հայտնաբերվել է սպեկտրի զգալի տեղաշարժ: Ինչպես ցույց է տրված նկար 7-ում, գլիցերինի C=O կապի ձգման տատանումը տեղաշարժվել է 1752 1/սմ-ից մինչև 1720 1/սմ, իսկ գլիցերինի -OH կապի ծռման տատանումը տեղաշարժվել է 1414 1/սմ-ից մինչև 1359 1/սմ: Ալիքային թվերի այս տեղաշարժերը ցույց են տալիս էլեկտրոնեգատիվության փոփոխությունը, որը ցույց է տալիս NADES-ի կառուցվածքում նոր քիմիական կապերի առաջացումը: