Обложка ACS Applied Materials & Interfaces. Кредит: Предоставлено Амиром Шейхи.
В процессе добычи нефти твердые минеральные отложения внутри труб и оборудования могут привести к серьезным эксплуатационным повреждениям, проблемам безопасности, таким как взрыв трубы, и значительным экономическим потерям. Однако существующие методы удаления накипи с минеральных отложений могут оказывать неблагоприятное воздействие на окружающую среду.
Исследователи из Университета штата Пенсильвания разработали новую наночастицу, которая может предотвратить образование накипи и стабилизировать обычно используемую эмульсию или жидкую смесь, потенциально делая процессы извлечения нефти более эффективными и менее вредными для окружающей среды, по словам команды. Материал также может использоваться в другом оборудовании, обрабатывающем водно-масляные эмульсии.
Их результаты были опубликованы в ACS Applied Materials & Interfaces. Работа также была представлена на дополнительной обложке журнала.
«Мы стремились решить проблему образования карбоната кальция, известного как образование накипи, в двухфазных системах «нефть-вода», с которой сталкиваются во многих отраслях промышленности, связанных с водой, таких как нефтегазовый сектор», — сказал автор-корреспондент Амир Шейхи, доцент кафедры химической инженерии и заведующий кафедрой ранней карьеры Дороти Фоэр Хак и Дж. Ллойда Хака в области биоматериалов и регенеративной инженерии.
Во многих отраслях, таких как нефтегазовая, фармацевтическая, косметическая и пищевая, вода сосуществует с несмешивающейся фазой, например, с маслом или органическим растворителем, неспособным смешиваться с водой, создавая двухфазную систему. По словам Шейхи, если эта система подвергается образованию накипи, это может привести к серьезным эксплуатационным и безопасным опасностям, поскольку она блокирует трубы и разрушает оборудование.
«Текущие решения по борьбе с накипью либо оказывают неблагоприятное воздействие на окружающую среду, либо ограничены работой только в однофазных водных средах», — сказал Шейхи.
Чтобы решить эту проблему, Шейхи и его команда сначала синтезировали наночастицу на основе целлюлозы, называемую анионными волосатыми нанокристаллами целлюлозы (AHCNC), которая была способна предотвращать образование накипи, но не могла стабилизировать эмульсии типа «вода в масле».
Затем они разработали новый тип многофункциональной наночастицы на биологической основе, называемой амфифильными волосатыми нанокристаллами целлюлозы (AmHCNC), с уникальными химическими и структурными свойствами, которая не только предотвращает образование накипи, но и стабилизирует эмульсии типа «вода в масле», которые, по словам исследователей, часто встречаются в процессах добычи нефти.
«Наша инновация заключается в наноинженерии типа наночастиц — AmHCNC — которые одновременно предотвращают образование накипи и стабилизируют эмульсии типа «вода в масле» с помощью механизма Пикеринга — комбинация, которая еще не была достигнута», — сказал Шейхи. Механизм Пикеринга относится к процессу, который стабилизирует границу раздела между двумя несмешивающимися растворителями с помощью небольших твердых частиц, таких как наночастицы.
«Эти частицы, препятствующие образованию накипи, имеют биологическую основу, безопасны для окружающей среды и экономически эффективны, предлагая устойчивое решение давней промышленной проблемы образования накипи».
Исследователи теперь ищут партнеров для тестирования своей технологии в реальных условиях, например, в области повышения нефтеотдачи, чтобы оценить ее эффективность в более крупных масштабах. Они также планируют изучить потенциальные приложения в других отраслях, таких как косметика и продукты питания.
«Эта технология может предоставить новые возможности для устойчивых и безопасных промышленных практик», — сказал Шейхи, который также получил приглашение на встречу с кафедрой биомедицинской инженерии в Инженерном колледже, кафедрой химии в Научном колледже Эберли и кафедрой нейрохирургии в Медицинском колледже.
Дополнительная информация: Ройя Кошани и др., Противонакипные эмульсии Пикеринга с использованием амфифильных волосатых целлюлозных нанокристаллов, ACS Applied Materials & Interfaces (2024). DOI: 10.1021/acsami.4c03451
Информация о журнале: ACS Applied Materials and Interfaces
Предоставлено Университетом штата Пенсильвания
