Matur nuwun sampun ngunjungi nature.com. Versi browser sing sampeyan gunakake nduweni dhukungan CSS sing winates. Kanggo pengalaman sing paling apik, disaranake nggunakake versi browser paling anyar (utawa mateni mode kompatibilitas ing Internet Explorer). Kajaba iku, kanggo njamin dhukungan sing terus-terusan, situs iki ora bakal kalebu gaya utawa JavaScript.
Ekspansi serpih ing waduk klastik nyebabake masalah sing signifikan, sing nyebabake ketidakstabilan sumur bor. Amarga alasan lingkungan, panggunaan cairan pengeboran berbasis banyu kanthi inhibitor serpih tambahan luwih disenengi tinimbang cairan pengeboran berbasis lenga. Cairan ionik (IL) wis narik kawigaten akeh minangka inhibitor serpih amarga sifat sing bisa diatur lan karakteristik elektrostatik sing kuwat. Nanging, cairan ionik (IL) berbasis imidazolil, sing akeh digunakake ing cairan pengeboran, wis kabukten beracun, ora bisa diurai sacara biologis lan larang. Pelarut eutektik jero (DES) dianggep minangka alternatif sing luwih efektif biaya lan kurang beracun tinimbang cairan ionik, nanging isih kurang saka kelestarian lingkungan sing dibutuhake. Kemajuan anyar ing bidang iki wis nyebabake introduksi pelarut eutektik jero alami (NADES), sing dikenal amarga ramah lingkungan sing sejati. Panliten iki nyelidiki NADES, sing ngemot asam sitrat (minangka akseptor ikatan hidrogen) lan gliserol (minangka donor ikatan hidrogen) minangka aditif cairan pengeboran. Cairan pengeboran berbasis NADES dikembangake miturut API 13B-1 lan kinerjane dibandhingake karo cairan pengeboran berbasis kalium klorida, cairan ionik berbasis imidazolium, lan cairan pengeboran berbasis kolin klorida:urea-DES. Sifat fisikokimia saka NADES sing dipatenake diterangake kanthi rinci. Sifat reologi, mundhut cairan, lan sifat inhibisi serpih saka cairan pengeboran dievaluasi sajrone panliten, lan dituduhake yen ing konsentrasi 3% NADES, rasio tegangan/viskositas plastik (YP/PV) tambah, kekandelan kue lendhut suda 26%, lan volume filtrat suda 30,1%. Khususé, NADES entuk tingkat inhibisi ekspansi sing nyengsemake yaiku 49,14% lan nambah produksi serpih nganti 86,36%. Asil kasebut disebabake dening kemampuan NADES kanggo ngowahi aktivitas permukaan, potensial zeta, lan jarak antar lapisan lempung, sing dibahas ing makalah iki kanggo mangerteni mekanisme sing ndasari. Cairan pengeboran lestari iki diarepake bakal ngrevolusi industri pengeboran kanthi nyedhiyakake alternatif sing ora beracun, efektif biaya, lan efektif banget kanggo inhibitor korosi serpih tradisional, sing mbukak dalan kanggo praktik pengeboran sing ramah lingkungan.
Serpih minangka watu serbaguna sing dadi sumber lan cadangan hidrokarbon, lan struktur keropos1 nyedhiyakake potensi kanggo produksi lan panyimpenan sumber daya sing terkenal iki. Nanging, serpih sugih mineral lempung kayata montmorillonite, smectite, kaolinit lan illite, sing ndadekake gampang bengkak nalika kena banyu, sing nyebabake ketidakstabilan sumur bor sajrone operasi pengeboran2,3. Masalah kasebut bisa nyebabake wektu non-produktif (NPT) lan akeh masalah operasional kalebu pipa macet, sirkulasi lendhut sing ilang, ambruk sumur bor lan fouling bit, sing nambah wektu lan biaya pemulihan. Sacara tradisional, cairan pengeboran berbasis minyak (OBDF) wis dadi pilihan sing disenengi kanggo formasi serpih amarga kemampuane kanggo nolak ekspansi serpih4. Nanging, panggunaan cairan pengeboran berbasis minyak nyebabake biaya sing luwih dhuwur lan risiko lingkungan. Cairan pengeboran berbasis sintetis (SBDF) wis dianggep minangka alternatif, nanging kesesuaian ing suhu dhuwur ora nyukupi. Cairan pengeboran berbasis banyu (WBDF) minangka solusi sing menarik amarga luwih aman, luwih ramah lingkungan, lan luwih efektif biaya tinimbang OBDF5. Maneka warna inhibitor serpih wis digunakake kanggo ningkatake kemampuan inhibisi serpih WBDF, kalebu inhibitor tradisional kayata kalium klorida, jeruk nipis, silikat, lan polimer. Nanging, inhibitor kasebut duwe watesan babagan efektifitas lan dampak lingkungan, utamane amarga konsentrasi K+ sing dhuwur ing inhibitor kalium klorida lan sensitivitas pH silikat.6 Para peneliti wis njelajah kemungkinan nggunakake cairan ionik minangka aditif cairan pengeboran kanggo ningkatake reologi cairan pengeboran lan nyegah pembengkakan serpih lan pembentukan hidrat. Nanging, cairan ionik iki, utamane sing ngemot kation imidazolil, umume beracun, larang, ora bisa diurai sacara biologis, lan mbutuhake proses persiapan sing kompleks. Kanggo ngatasi masalah kasebut, wong-wong wiwit nggoleki alternatif sing luwih ekonomis lan ramah lingkungan, sing nyebabake munculé pelarut eutektik jero (DES). DES minangka campuran eutektik sing dibentuk dening donor ikatan hidrogen (HBD) lan akseptor ikatan hidrogen (HBA) kanthi rasio molar lan suhu tartamtu. Campuran eutektik iki duwe titik leleh sing luwih murah tinimbang komponen individu, utamane amarga delokalisasi muatan sing disebabake dening ikatan hidrogen. Akeh faktor, kalebu energi kisi, owah-owahan entropi, lan interaksi antarane anion lan HBD, nduweni peran penting kanggo nurunake titik leleh DES.
Ing panliten sadurunge, macem-macem aditif ditambahake ing cairan pengeboran berbasis banyu kanggo ngatasi masalah ekspansi serpih. Contone, Ofei et al. nambahake 1-butil-3-metilimidazolium klorida (BMIM-Cl), sing nyuda kekandelan kue lendhut kanthi signifikan (nganti 50%) lan nyuda nilai YP/PV kanthi 11 ing suhu sing beda-beda. Huang et al. nggunakake cairan ionik (khusus, 1-heksil-3-metilimidazolium bromida lan 1,2-bis(3-heksilimidazol-1-il)etana bromida) sing digabungake karo partikel Na-Bt lan nyuda pembengkakan serpih kanthi signifikan kanthi masing-masing 86,43% lan 94,17%. Kajaba iku, Yang et al. nggunakake 1-vinil-3-dodesillimidazolium bromida lan 1-vinil-3-tetradesillimidazolium bromida kanggo nyuda pembengkakan serpih kanthi masing-masing 16,91% lan 5,81%. 13 Yang et al. uga nggunakake 1-vinil-3-etilimidazolium bromida lan nyuda ekspansi serpih nganti 31,62% nalika njaga pemulihan serpih ing 40,60%. 14 Kajaba iku, Luo et al. nggunakake 1-oktil-3-metilimidazolium tetrafluoroborat kanggo nyuda pembengkakan serpih nganti 80%. 15, 16 Dai et al. nggunakake kopolimer cair ionik kanggo nyegah serpih lan entuk peningkatan pemulihan linier 18% dibandhingake karo inhibitor amina. 17
Cairan ionik dhewe nduweni sawetara kekurangan, sing ndorong para ilmuwan nggoleki alternatif sing luwih ramah lingkungan tinimbang cairan ionik, lan kanthi mangkono DES lair. Hanjia minangka wong pisanan sing nggunakake pelarut eutektik jero (DES) sing kasusun saka asam vinil klorida propionat (1:1), asam vinil klorida 3-fenilpropionat (1:2), lan asam 3-merkaptopropionat + asam itakonat + vinil klorida (1:1:2), sing nyegah pembengkakan bentonit nganti 68%, 58%, lan 58%, masing-masing18. Ing eksperimen gratis, MH Rasul nggunakake rasio gliserol lan kalium karbonat (DES) 2:1 lan nyuda pembengkakan sampel serpih kanthi signifikan nganti 87%19,20. Ma nggunakake urea:vinil klorida kanggo nyuda ekspansi serpih kanthi signifikan nganti 67%.21 Rasul et al. Kombinasi DES lan polimer digunakake minangka inhibitor serpih aksi ganda, sing entuk efek inhibisi serpih sing apik banget22.
Sanajan pelarut eutektik jero (DES) umume dianggep minangka alternatif sing luwih ijo tinimbang cairan ionik, pelarut iki uga ngandhut komponen sing duweni potensi beracun kayata uyah amonium, sing ndadekake ramah lingkungan dadi dipertanyakan. Masalah iki wis nyebabake pangembangan pelarut eutektik jero alami (NADES). Pelarut iki isih diklasifikasikake minangka DES, nanging kasusun saka zat lan uyah alami, kalebu kalium klorida (KCl), kalsium klorida (CaCl2), uyah Epsom (MgSO4.7H2O), lan liya-liyane. Kombinasi potensial DES lan NADES sing akeh mbukak ruang lingkup sing jembar kanggo riset ing wilayah iki lan diarepake bakal nemokake aplikasi ing macem-macem bidang. Sawetara peneliti wis sukses ngembangake kombinasi DES anyar sing wis kabukten efektif ing macem-macem aplikasi. Contone, Naser et al. 2013 nyintesis DES adhedhasar kalium karbonat lan nyinaoni sifat termofisika, sing banjur nemokake aplikasi ing wilayah inhibisi hidrat, aditif cairan pengeboran, delignifikasi, lan nanofibrilasi. 23 Jordy Kim lan rekan kerja ngembangake NADES adhedhasar asam askorbat lan ngevaluasi sifat antioksidan ing macem-macem aplikasi. 24 Christer et al. ngembangake NADES adhedhasar asam sitrat lan ngidentifikasi potensine minangka eksipien kanggo produk kolagen. 25 Liu Yi lan rekan kerjane ngringkes aplikasi NADES minangka media ekstraksi lan kromatografi ing tinjauan lengkap, dene Misan et al. mbahas aplikasi NADES sing sukses ing sektor agri-panganan. Penting banget kanggo para peneliti cairan pengeboran miwiti menehi perhatian marang efektifitas NADES ing aplikasine. anyar. Ing taun 2023, Rasul et al. nggunakake macem-macem kombinasi pelarut eutektik jero alami adhedhasar asam askorbat 26, kalsium klorida 27, kalium klorida 28 lan uyah Epsom 29 lan entuk inhibisi serpih lan pemulihan serpih sing nyengsemake. Panliten iki minangka salah sawijining panliten pertama sing ngenalake NADES (utamane formulasi adhedhasar asam sitrat lan gliserol) minangka inhibitor serpih sing ramah lingkungan lan efektif ing cairan pengeboran adhedhasar banyu, sing nduweni stabilitas lingkungan sing apik banget, kemampuan inhibisi serpih sing luwih apik lan kinerja cairan sing luwih apik dibandhingake karo inhibitor tradisional kayata KCl, cairan ionik adhedhasar imidazolil lan DES tradisional.
Panliten iki bakal nglibatake persiapan internal NADES adhedhasar asam sitrat (CA) sing diterusake karo karakterisasi fisikokimia sing rinci lan panggunaane minangka aditif cairan pengeboran kanggo ngevaluasi sifat cairan pengeboran lan kemampuan inhibisi pembengkakan. Ing panliten iki, CA bakal tumindak minangka akseptor ikatan hidrogen dene gliserol (Gly) bakal tumindak minangka donor ikatan hidrogen sing dipilih adhedhasar kriteria skrining MH kanggo pembentukan/seleksi NADES ing panliten inhibisi serpih30. Spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR), difraksi sinar-X (XRD) lan pangukuran potensial zeta (ZP) bakal njlentrehake interaksi NADES-lempung lan mekanisme sing ndasari inhibisi pembengkakan lempung. Kajaba iku, panliten iki bakal mbandhingake cairan pengeboran adhedhasar CA NADES karo DES32 adhedhasar 1-etil-3-metilimidazolium klorida [EMIM]Cl7,12,14,17,31, KCl lan kolin klorida:urea (1:2) kanggo nyelidiki efektifitase ing inhibisi serpih lan ningkatake kinerja cairan pengeboran.
Asam sitrat (monohidrat), gliserol (99 USP), lan urea dituku saka EvaChem, Kuala Lumpur, Malaysia. Kolin klorida (>98%), [EMIM]Cl 98%, lan kalium klorida dituku saka Sigma Aldrich, Malaysia. Struktur kimia kabeh bahan kimia dituduhake ing Gambar 1. Diagram ijo mbandhingake bahan kimia utama sing digunakake ing panliten iki: cairan imidazolil ionik, kolin klorida (DES), asam sitrat, gliserol, kalium klorida, lan NADES (asam sitrat lan gliserol). Tabel ramah lingkungan saka bahan kimia sing digunakake ing panliten iki ditampilake ing Tabel 1. Ing tabel kasebut, saben bahan kimia dirating adhedhasar toksisitas, biodegradabilitas, biaya, lan kelestarian lingkungan.
Struktur kimia bahan sing digunakake ing panliten iki: (a) asam sitrat, (b) [EMIM]Cl, (c) kolin klorida, lan (d) gliserol.
Calon donor ikatan hidrogen (HBD) lan akseptor ikatan hidrogen (HBA) kanggo pangembangan NADES adhedhasar CA (pelarut eutektik alami jero) dipilih kanthi teliti miturut kriteria pemilihan MH 30, sing ditujokake kanggo pangembangan NADES minangka inhibitor shale sing efektif. Miturut kriteria iki, komponen kanthi akeh donor lan akseptor ikatan hidrogen uga gugus fungsi polar dianggep cocog kanggo pangembangan NADES.
Kajaba iku, cairan ionik [EMIM]Cl lan pelarut eutektik jero kolin klorida:urea (DES) dipilih kanggo perbandingan ing panliten iki amarga digunakake sacara wiyar minangka aditif cairan pengeboran33,34,35,36. Kajaba iku, kalium klorida (KCl) dibandhingake amarga minangka inhibitor umum.
Asam sitrat lan gliserol dicampur nganggo rasio molar sing beda-beda kanggo entuk campuran eutektik. Inspeksi visual nuduhake yen campuran eutektik minangka cairan homogen lan transparan tanpa kekeruhan, sing nuduhake yen donor ikatan hidrogen (HBD) lan akseptor ikatan hidrogen (HBA) kasil dicampur ing komposisi eutektik iki. Eksperimen awal ditindakake kanggo mirsani prilaku proses pencampuran HBD lan HBA sing gumantung karo suhu. Miturut literatur sing kasedhiya, proporsi campuran eutektik dievaluasi ing telung suhu tartamtu ing ndhuwur 50 °C, 70 °C lan 100 °C, sing nuduhake yen suhu eutektik biasane ana ing kisaran 50-80 °C. Neraca digital Mettler digunakake kanggo nimbang komponen HBD lan HBA kanthi akurat, lan piring panas Thermo Fisher digunakake kanggo manasi lan ngudhek HBD lan HBA kanthi 100 rpm ing kahanan sing dikontrol.
Sifat termofisika saka pelarut eutektik jero (DES) sing disintesis, kalebu kapadhetan, tegangan permukaan, indeks bias, lan viskositas, diukur kanthi akurat ing kisaran suhu saka 289,15 nganti 333,15 K. Perlu dicathet yen kisaran suhu iki dipilih utamane amarga watesan peralatan sing ana. Analisis lengkap kalebu studi mendalam babagan macem-macem sifat termofisika saka formulasi NADES iki, sing mbukak prilaku ing kisaran suhu. Fokus ing kisaran suhu tartamtu iki menehi wawasan babagan sifat NADES sing penting banget kanggo sawetara aplikasi.
Tegangan permukaan NADES sing wis disiapake diukur ing kisaran saka 289,15 nganti 333,15 K nggunakake meter tegangan antarmuka (IFT700). Tetesan NADES dibentuk ing ruang sing diisi cairan kanthi volume gedhe nggunakake jarum kapiler ing kahanan suhu lan tekanan tartamtu. Sistem pencitraan modern ngenalake parameter geometris sing cocog kanggo ngetung tegangan antarmuka nggunakake persamaan Laplace.
Refraktometer ATAGO digunakake kanggo nemtokake indeks bias NADES sing nembe disiapake ing kisaran suhu 289,15 nganti 333,15 K. Instrumen kasebut nggunakake modul termal kanggo ngatur suhu kanggo ngira-ira derajat bias cahya, saengga ora perlu rendaman banyu kanthi suhu tetep. Permukaan prisma refraktometer kudu diresiki lan larutan sampel kudu disebarake kanthi rata. Kalibrasi nganggo larutan standar sing wis dingerteni, banjur wacanen indeks bias saka layar.
Viskositas NADES sing wis disiapake diukur ing kisaran suhu 289,15 nganti 333,15 K nggunakake viskometer rotasi Brookfield (tipe kriogenik) kanthi laju geser 30 rpm lan ukuran spindel 6. Viskometer ngukur viskositas kanthi nemtokake torsi sing dibutuhake kanggo muter spindel kanthi kecepatan konstan ing sampel cairan. Sawise sampel diselehake ing layar ing sangisore spindel lan dikencengi, viskometer nampilake viskositas ing centipoise (cP), sing nyedhiyakake informasi sing penting babagan sifat reologi cairan kasebut.
Meter kerapatan portabel DMA 35 Basic digunakake kanggo nemtokake kerapatan pelarut eutektik jero alami (NDEES) sing nembe disiapake ing kisaran suhu 289,15–333,15 K. Amarga piranti kasebut ora duwe pemanas internal, mula kudu dipanasake nganti suhu sing ditemtokake (± 2 °C) sadurunge nggunakake meter kerapatan NADES. Tarik paling ora 2 ml sampel liwat tabung, lan kerapatan bakal langsung ditampilake ing layar. Perlu dicathet yen amarga ora ana pemanas internal, asil pangukuran duwe kesalahan ± 2 °C.
Kanggo ngevaluasi pH NADES sing nembe disiapake ing kisaran suhu 289,15–333,15 K, kita nggunakake meter pH benchtop Kenis. Amarga ora ana piranti pemanas internal, NADES dhisik dipanasake nganti suhu sing dikarepake (±2 °C) nggunakake hotplate banjur diukur langsung nganggo meter pH. Celupake probe meter pH kanthi lengkap ing NADES lan cathet nilai pungkasan sawise bacaan wis stabil.
Analisis termogravimetri (TGA) digunakake kanggo ngevaluasi stabilitas termal pelarut eutektik jero alami (NADES). Sampel dianalisis sajrone pemanasan. Nggunakake keseimbangan presisi dhuwur lan ngawasi proses pemanasan kanthi teliti, plot mundhut massa versus suhu digawe. NADES dipanasake saka 0 nganti 500 °C kanthi kecepatan 1 °C saben menit.
Kanggo miwiti proses kasebut, sampel NADES kudu dicampur kanthi tliti, dihomogenisasi, lan kelembapan permukaane diilangi. Sampel sing wis disiapake banjur dilebokake ing kuvet TGA, sing biasane digawe saka bahan inert kayata aluminium. Kanggo njamin asil sing akurat, instrumen TGA dikalibrasi nggunakake bahan referensi, biasane standar bobot. Sawise dikalibrasi, eksperimen TGA diwiwiti lan sampel dipanasake kanthi cara sing dikontrol, biasane kanthi kecepatan sing tetep. Pemantauan terus-terusan babagan hubungan antarane bobot sampel lan suhu minangka bagean penting saka eksperimen kasebut. Instrumen TGA ngumpulake data babagan suhu, bobot, lan parameter liyane kayata aliran gas utawa suhu sampel. Sawise eksperimen TGA rampung, data sing dikumpulake dianalisis kanggo nemtokake owah-owahan bobot sampel minangka fungsi suhu. Informasi iki penting kanggo nemtokake kisaran suhu sing ana gandhengane karo owah-owahan fisik lan kimia ing sampel, kalebu proses kayata leleh, penguapan, oksidasi, utawa dekomposisi.
Cairan pengeboran berbasis banyu diformulasikake kanthi tliti miturut standar API 13B-1, lan komposisi spesifik kasebut kadhaptar ing Tabel 2 kanggo referensi. Asam sitrat lan gliserol (99 USP) dituku saka Sigma Aldrich, Malaysia kanggo nyiyapake pelarut eutektik jero alami (NADES). Kajaba iku, inhibitor serpih konvensional kalium klorida (KCl) uga dituku saka Sigma Aldrich, Malaysia. 1-etil, 3-metilimidazolium klorida ([EMIM]Cl) kanthi kemurnian luwih saka 98% dipilih amarga efek sing signifikan kanggo ningkatake reologi cairan pengeboran lan inhibisi serpih, sing dikonfirmasi ing panliten sadurunge. KCl lan ([EMIM]Cl) bakal digunakake ing analisis komparatif kanggo ngevaluasi kinerja inhibisi serpih NADES.
Akeh peneliti luwih seneng nggunakake serpihan bentonit kanggo nyinaoni pembengkakan serpih amarga bentonit ngandhut gugus "montmorilonit" sing padha sing nyebabake pembengkakan serpih. Nggoleki sampel inti serpih nyata iku angel amarga proses coring nggawe serpih ora stabil, sing nyebabake sampel sing ora kabeh serpih nanging biasane ngemot campuran lapisan watu pasir lan watu gamping. Kajaba iku, sampel serpih biasane ora duwe gugus montmorilonit sing nyebabake pembengkakan serpih lan mulane ora cocog kanggo eksperimen inhibisi pembengkakan.
Ing panliten iki, kita nggunakake partikel bentonit sing wis dibentuk maneh kanthi diameter kira-kira 2,54 cm. Granul digawe kanthi mencet 11,5 gram bubuk natrium bentonit ing mesin pres hidrolik kanthi tekanan 1600 psi. Kekandelan granul diukur kanthi akurat sadurunge dilebokake ing dilatometer linier (LD). Partikel-partikel kasebut banjur dicelupake ing sampel cairan pengeboran, kalebu sampel basa lan sampel sing diinjeksi inhibitor sing digunakake kanggo nyegah pembengkakan serpih. Owah-owahan kekandelan granul banjur dipantau kanthi teliti nggunakake LD, kanthi pangukuran direkam kanthi interval 60 detik sajrone 24 jam.
Difraksi sinar-X nuduhake yen komposisi bentonit, utamane komponen montmorilonit 47%, minangka faktor kunci kanggo mangerteni karakteristik geologis bentonit. Antarane komponen montmorilonit bentonit, montmorilonit minangka komponen utama, nyumbang 88,6% saka total komponen. Sauntara kuwi, kuarsa nyumbang 29%, ilit 7%, lan karbonat 9%. Sebagian cilik (udakara 3,2%) minangka campuran ilit lan montmorilonit. Kajaba iku, ngandhut unsur renik kayata Fe2O3 (4,7%), aluminosilikat perak (1,2%), muskovit (4%), lan fosfat (2,3%). Kajaba iku, ana jumlah cilik Na2O (1,83%) lan silikat wesi (2,17%), sing ndadekake bisa kanggo ngapresiasi unsur-unsur penyusun bentonit lan proporsi masing-masing.
Bagean panliten lengkap iki njlentrehake sifat reologi lan filtrasi sampel cairan pengeboran sing disiapake nggunakake pelarut eutektik jero alami (NADES) lan digunakake minangka aditif cairan pengeboran ing konsentrasi sing beda-beda (1%, 3% lan 5%). Sampel bubur adhedhasar NADES banjur dibandhingake lan dianalisis karo sampel bubur sing kasusun saka kalium klorida (KCl), CC:urea DES (pelarut eutektik jero kolin klorida:urea) lan cairan ionik. Sawetara parameter kunci dibahas ing panliten iki kalebu pembacaan viskositas sing dipikolehi nggunakake viskometer FANN sadurunge lan sawise kena pengaruh kondisi penuaan ing suhu 100°C lan 150°C. Pangukuran dijupuk kanthi kecepatan rotasi sing beda-beda (3 rpm, 6 rpm, 300 rpm lan 600 rpm) sing ngidini analisis lengkap babagan perilaku cairan pengeboran. Data sing dipikolehi banjur bisa digunakake kanggo nemtokake sifat kunci kayata titik luluh (YP) lan viskositas plastik (PV), sing menehi wawasan babagan kinerja cairan ing macem-macem kahanan. Tes filtrasi suhu dhuwur tekanan dhuwur (HPHT) ing 400 psi lan 150°C (suhu khas ing sumur suhu dhuwur) nemtokake kinerja filtrasi (kekandelan cake lan volume filtrat).
Bagean iki nggunakake peralatan canggih, Grace HPHT Linear Dilatometer (M4600), kanggo ngevaluasi kanthi tliti sifat inhibisi pembengkakan serpih saka cairan pengeboran berbasis banyu. LSM minangka mesin canggih sing kasusun saka rong komponen: pemadat pelat lan dilatometer linier (model: M4600). Pelat bentonit disiapake kanggo dianalisis nggunakake Grace Core/Plate Compactor. LSM banjur nyedhiyakake data pembengkakan langsung ing pelat kasebut, sing ngidini evaluasi lengkap babagan sifat inhibisi pembengkakan serpih. Tes ekspansi serpih ditindakake ing kahanan sekitar, yaiku, 25°C lan 1 psia.
Uji stabilitas serpih nglibatake uji kunci sing asring diarani uji pemulihan serpih, uji celup serpih utawa uji dispersi serpih. Kanggo miwiti evaluasi iki, stek serpih dipisahake ing layar BSS #6 banjur dilebokake ing layar #10. Stek kasebut banjur diumpanake menyang tangki penampung ing ngendi dicampur karo cairan basa lan lendhut pengeboran sing ngemot NADES (Pelarut Eutektik Jero Alami). Langkah sabanjure yaiku nyelehake campuran kasebut ing oven kanggo proses penggulungan panas sing kuat, kanggo mesthekake yen stek lan lendhut dicampur kanthi rata. Sawise 16 jam, stek kasebut dicopot saka pulp kanthi ngidini serpih bosok, sing nyebabake bobot stek mudhun. Uji pemulihan serpih ditindakake sawise stek serpih ditahan ing lendhut pengeboran ing suhu 150°C lan 1000 psi. inci sajrone 24 jam.
Kanggo ngukur pemulihan lendhut serpih, kita nyaring liwat saringan sing luwih alus (40 mesh), banjur dikumbah kanthi resik nganggo banyu, lan pungkasane dikeringake ing oven. Prosedur sing teliti iki ngidini kita ngira-ira lendhut sing pulih dibandhingake karo bobot asli, pungkasane ngetung persentase lendhut serpih sing kasil pulih. Sumber sampel serpih kasebut saka Distrik Niah, Distrik Miri, Sarawak, Malaysia. Sadurunge tes dispersi lan pemulihan, sampel serpih kasebut dianakake analisis difraksi sinar-X (XRD) sing lengkap kanggo ngukur komposisi lempung lan ngonfirmasi kesesuaian kanggo pengujian. Komposisi mineral lempung sampel kasebut kaya ing ngisor iki: ilit 18%, kaolinit 31%, klorit 22%, vermikulit 10%, lan mika 19%.
Tegangan permukaan minangka faktor kunci sing ngontrol penetrasi kation banyu menyang mikropori serpih liwat aksi kapiler, sing bakal disinaoni kanthi rinci ing bagean iki. Makalah iki nyinaoni peran tegangan permukaan ing sifat kohesif cairan pengeboran, sing nyoroti pengaruh penting ing proses pengeboran, utamane inhibisi serpih. Kita nggunakake tensiometer antarmuka (IFT700) kanggo ngukur tegangan permukaan sampel cairan pengeboran kanthi akurat, sing nuduhake aspek penting saka perilaku cairan ing konteks inhibisi serpih.
Bagean iki ngrembug kanthi rinci babagan jarak lapisan-d, yaiku jarak antar lapisan antarane lapisan aluminosilikat lan siji lapisan aluminosilikat ing lempung. Analisis kasebut nyakup sampel lendhut teles sing ngemot 1%, 3% lan 5% CA NADES, uga 3% KCl, 3% [EMIM]Cl lan 3% CC:urea adhedhasar DES kanggo perbandingan. Difraktometer sinar-X benchtop sing canggih (D2 Phaser) sing beroperasi ing 40 mA lan 45 kV kanthi radiasi Cu-Kα (λ = 1.54059 Å) nduweni peran penting kanggo ngrekam puncak difraksi sinar-X saka sampel Na-Bt teles lan garing. Aplikasi persamaan Bragg ngidini panentu jarak lapisan-d sing akurat, saengga nyedhiyakake informasi sing penting babagan prilaku lempung.
Bagean iki nggunakake instrumen Malvern Zetasizer Nano ZSP sing canggih kanggo ngukur potensial zeta kanthi akurat. Evaluasi iki menehi informasi sing penting babagan karakteristik muatan sampel lendhut encer sing ngemot 1%, 3%, lan 5% CA NADES, uga 3% KCl, 3% [EMIM]Cl, lan 3% CC:urea berbasis DES kanggo analisis komparatif. Asil kasebut nyumbang kanggo pangerten kita babagan stabilitas senyawa koloid lan interaksine ing cairan.
Sampel lempung ditliti sadurunge lan sawise kena pelarut eutektik jero alami (NADES) nggunakake mikroskop elektron pemindai emisi medan Zeiss Supra 55 VP (FESEM) sing dilengkapi sinar-X dispersif energi (EDX). Resolusi pencitraan yaiku 500 nm lan energi sinar elektron yaiku 30 kV lan 50 kV. FESEM nyedhiyakake visualisasi resolusi dhuwur saka morfologi permukaan lan fitur struktural sampel lempung. Tujuan saka panliten iki yaiku kanggo entuk informasi babagan efek NADES ing sampel lempung kanthi mbandhingake gambar sing dipikolehi sadurunge lan sawise kena.
Ing panliten iki, teknologi mikroskop elektron pemindaian emisi lapangan (FESEM) digunakake kanggo nyelidiki efek NADES ing sampel lempung ing tingkat mikroskopis. Tujuan saka panliten iki yaiku kanggo njlentrehake aplikasi potensial NADES lan efeke ing morfologi lempung lan ukuran partikel rata-rata, sing bakal nyedhiyakake informasi sing penting kanggo riset ing bidang iki.
Ing panliten iki, garis kesalahan digunakake kanggo njlentrehake kanthi visual variabilitas lan ketidakpastian saka persen kesalahan rata-rata (AMPE) ing antarane kahanan eksperimen. Tinimbang nggambar nilai AMPE individu (amarga nggambar nilai AMPE bisa nutupi tren lan nggedhekake variasi cilik), kita ngetung garis kesalahan nggunakake aturan 5%. Pendekatan iki njamin yen saben garis kesalahan makili interval ing ngendi interval kapercayan 95% lan 100% saka nilai AMPE diarepake bakal mudhun, saengga nyedhiyakake ringkesan distribusi data sing luwih jelas lan luwih ringkes kanggo saben kahanan eksperimen. Nggunakake garis kesalahan adhedhasar aturan 5% kanthi mangkono nambah interpretabilitas lan linuwih representasi grafis lan mbantu nyedhiyakake pangerten sing luwih rinci babagan asil lan implikasine.
Ing sintesis pelarut eutektik jero alami (NADES), sawetara parameter kunci disinaoni kanthi tliti sajrone proses persiapan internal. Faktor-faktor penting kasebut kalebu suhu, rasio molar, lan kecepatan pencampuran. Eksperimen kita nuduhake yen nalika HBA (asam sitrat) lan HBD (gliserol) dicampur kanthi rasio molar 1:4 ing suhu 50°C, campuran eutektik kawangun. Fitur sing mbedakake saka campuran eutektik yaiku penampilan sing transparan lan homogen, lan ora ana sedimen. Dadi, langkah kunci iki nyoroti pentinge rasio molar, suhu, lan kecepatan pencampuran, ing antarane rasio molar minangka faktor sing paling berpengaruh ing persiapan DES lan NADES, kaya sing dituduhake ing Gambar 2.
Indeks bias (n) nggambarake rasio kecepatan cahya ing ruang hampa karo kecepatan cahya ing medium kapindho sing luwih padhet. Indeks bias nduweni minat khusus kanggo pelarut eutektik jero alami (NADES) nalika nimbang aplikasi sing sensitif sacara optik kayata biosensor. Indeks bias NADES sing ditliti ing suhu 25 °C yaiku 1,452, sing luwih murah tinimbang gliserol.
Perlu dicathet yen indeks bias NADES mudhun karo suhu, lan tren iki bisa diterangake kanthi akurat nganggo rumus (1) lan Gambar 3, kanthi kesalahan persentase rata-rata absolut (AMPE) tekan 0%. Prilaku sing gumantung karo suhu iki diterangake kanthi penurunan viskositas lan kapadhetan ing suhu dhuwur, sing nyebabake cahya lelungan liwat medium kanthi kecepatan sing luwih dhuwur, sing nyebabake nilai indeks bias (n) sing luwih murah. Asil kasebut menehi wawasan sing penting babagan panggunaan strategis NADES ing penginderaan optik, sing nyoroti potensine kanggo aplikasi biosensor.
Tegangan permukaan, sing nggambarake kecenderungan permukaan cairan kanggo nyilikake area, nduweni peran penting banget kanggo netepake kesesuaian pelarut eutektik alami (NADES) kanggo aplikasi berbasis tekanan kapiler. Panliten babagan tegangan permukaan ing kisaran suhu 25-60 °C nyedhiyakake informasi sing penting. Ing suhu 25 °C, tegangan permukaan NADES berbasis asam sitrat yaiku 55,42 mN/m, sing luwih murah tinimbang banyu lan gliserol. Gambar 4 nuduhake yen tegangan permukaan mudhun sacara signifikan kanthi suhu sing saya tambah. Fenomena iki bisa diterangake kanthi peningkatan energi kinetik molekuler lan penurunan gaya tarik antarmolekul sabanjure.
Tren penurunan linear tegangan permukaan sing diamati ing NADES sing ditliti bisa diungkapake kanthi apik dening persamaan (2), sing nggambarake hubungan matematika dhasar ing kisaran suhu 25-60 °C. Grafik ing Gambar 4 kanthi jelas nggambarake tren tegangan permukaan karo suhu kanthi kesalahan persentase rata-rata absolut (AMPE) 1,4%, sing ngukur akurasi nilai tegangan permukaan sing dilapurake. Asil kasebut nduweni implikasi penting kanggo mangerteni prilaku NADES lan aplikasi potensiale.
Pangerten dinamika kapadhetan pelarut eutektik jero alami (NADES) iku penting banget kanggo nggampangake aplikasi kasebut ing pirang-pirang panliten ilmiah. Kapadhetan NADES adhedhasar asam sitrat ing suhu 25°C yaiku 1,361 g/cm3, sing luwih dhuwur tinimbang kapadhetan gliserol induk. Bedane iki bisa diterangake kanthi tambahan akseptor ikatan hidrogen (asam sitrat) menyang gliserol.
Njupuk NADES adhedhasar sitrat minangka conto, kapadhetan mudhun dadi 1,19 g/cm3 ing suhu 60°C. Peningkatan energi kinetik nalika dipanasake nyebabake molekul NADES nyebar, nyebabake dheweke ngenggoni volume sing luwih gedhe, sing nyebabake penurunan kapadhetan. Penurunan kapadhetan sing diamati nuduhake korelasi linier tartamtu karo kenaikan suhu, sing bisa diungkapake kanthi bener kanthi rumus (3). Gambar 5 kanthi grafis nampilake karakteristik owah-owahan kapadhetan NADES iki kanthi kesalahan persentase rata-rata absolut (AMPE) 1,12%, sing nyedhiyakake ukuran kuantitatif akurasi nilai kapadhetan sing dilapurake.
Viskositas iku gaya tarik-menarik antarane lapisan cairan sing beda-beda sing obah lan nduweni peran penting kanggo mangerteni penerapan pelarut eutektik alami (NADES) ing macem-macem aplikasi. Ing suhu 25 °C, viskositas NADES yaiku 951 cP, sing luwih dhuwur tinimbang gliserol.
Penurunan viskositas sing diamati kanthi kenaikan suhu utamane diterangake dening kelemahane gaya tarik antarmolekul. Fenomena iki nyebabake penurunan viskositas cairan, tren sing dituduhake kanthi jelas ing Gambar 6 lan diukur kanthi Persamaan (4). Khususé, ing 60°C, viskositas mudhun dadi 898 cP kanthi kesalahan persen rata-rata sakabèhé (AMPE) 1,4%. Pangerten rinci babagan viskositas versus katergantungan suhu ing NADES penting banget kanggo aplikasi praktis.
pH larutan, sing ditemtokake dening logaritma negatif saka konsentrasi ion hidrogen, iku penting banget, utamane ing aplikasi sing sensitif marang pH kayata sintesis DNA, mula pH NADES kudu disinaoni kanthi teliti sadurunge digunakake. Njupuk conto NADES adhedhasar asam sitrat, pH asam sing jelas yaiku 1,91 bisa diamati, sing beda banget karo pH gliserol sing relatif netral.
Menariknya, pH pelarut larut dehidrogenase asam sitrat alami (NADES) nuduhake tren penurunan non-linier kanthi kenaikan suhu. Fenomena iki disebabake dening getaran molekuler sing tambah sing ngganggu keseimbangan H+ ing larutan, sing nyebabake pembentukan ion [H]+ lan, sabanjure, owah-owahan nilai pH. Nalika pH alami asam sitrat kisaran saka 3 nganti 5, anane hidrogen asam ing gliserol luwih nyuda pH dadi 1,91.
Prilaku pH NADES berbasis sitrat ing kisaran suhu 25-60 °C bisa diwakili kanthi tepat dening persamaan (5), sing nyedhiyakake ekspresi matematika kanggo tren pH sing diamati. Gambar 7 kanthi grafis nggambarake hubungan sing menarik iki, sing nyoroti efek suhu ing pH NADES, sing dilapurake 1,4% kanggo AMPE.
Analisis termogravimetri (TGA) saka pelarut eutektik jero asam sitrat alami (NADES) ditindakake kanthi sistematis ing kisaran suhu saka suhu ruangan nganti 500 °C. Kaya sing bisa dideleng saka Gambar 8a lan b, mundhut massa awal nganti 100 °C utamane amarga banyu sing diserep lan banyu hidrasi sing ana gandhengane karo asam sitrat lan gliserol murni. Retensi massa sing signifikan udakara 88% diamati nganti 180 °C, sing utamane amarga dekomposisi asam sitrat dadi asam aconitic lan pembentukan metilmaleat anhidrida (III) sawise dipanasake luwih lanjut (Gambar 8b). Ing ndhuwur 180 °C, tampilan akrolein (akriladehida) sing jelas ing gliserol uga bisa diamati, kaya sing dituduhake ing Gambar 8b37.
Analisis termogravimetri (TGA) gliserol nuduhake proses mundhut massa rong tahap. Tahap awal (180 nganti 220 °C) nglibatake pembentukan akrolein, banjur mundhut massa sing signifikan ing suhu dhuwur saka 230 nganti 300 °C (Gambar 8a). Nalika suhu mundhak, asetaldehida, karbon dioksida, metana, lan hidrogen dibentuk kanthi runtut. Khususé, mung 28% massa sing ditahan ing suhu 300 °C, sing nuduhake manawa sifat intrinsik NADES 8(a)38,39 bisa uga cacat.
Kanggo njupuk informasi babagan pembentukan ikatan kimia anyar, suspensi pelarut eutektik jero alami (NADES) sing nembe disiapake dianalisis nganggo spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR). Analisis kasebut ditindakake kanthi mbandhingake spektrum suspensi NADES karo spektrum asam sitrat murni (CA) lan gliserol (Gly). Spektrum CA nuduhake puncak sing jelas ing 1752 1/cm lan 1673 1/cm, sing makili getaran peregangan ikatan C=O lan uga minangka ciri khas CA. Kajaba iku, owah-owahan sing signifikan ing getaran lentur OH ing 1360 1/cm diamati ing wilayah sidik jari, kaya sing dituduhake ing Gambar 9.
Semono uga, ing kasus gliserol, owah-owahan getaran peregangan lan lentur OH ditemokake ing nomer gelombang 3291 1/cm lan 1414 1/cm. Saiki, kanthi nganalisa spektrum NADES sing wis disiapake, owah-owahan sing signifikan ing spektrum ditemokake. Kaya sing dituduhake ing Gambar 7, getaran peregangan ikatan C=O owah saka 1752 1/cm dadi 1720 1/cm lan getaran lentur ikatan -OH gliserol owah saka 1414 1/cm dadi 1359 1/cm. Owah-owahan ing nomer gelombang iki nuduhake owah-owahan ing keelektronegatifan, sing nuduhake pembentukan ikatan kimia anyar ing struktur NADES.