გმადლობთ, რომ ეწვიეთ nature.com-ს. თქვენს მიერ გამოყენებულ ბრაუზერის ვერსიას CSS-ის შეზღუდული მხარდაჭერა აქვს. საუკეთესო გამოცდილებისთვის გირჩევთ გამოიყენოთ ბრაუზერის უახლესი ვერსია (ან გამორთოთ თავსებადობის რეჟიმი Internet Explorer-ში). გარდა ამისა, მხარდაჭერის უწყვეტი უზრუნველყოფის მიზნით, ეს საიტი არ შეიცავს სტილებს ან JavaScript-ს.
კლასტურ რეზერვუარებში ფიქლის გაფართოება მნიშვნელოვან პრობლემებს ქმნის, რაც ჭაბურღილის არასტაბილურობას იწვევს. გარემოსდაცვითი მიზეზების გამო, ნავთობზე დაფუძნებულ ბურღვის სითხესთან შედარებით უპირატესობა ენიჭება წყალზე დამზადებული ბურღვის სითხის გამოყენებას ფიქლის ინჰიბიტორების დამატებით. იონურმა სითხეებმა (ILs) დიდი ყურადღება მიიპყრო, როგორც ფიქლის ინჰიბიტორებმა მათი რეგულირებადი თვისებებისა და ძლიერი ელექტროსტატიკური მახასიათებლების გამო. თუმცა, იმიდაზოლილზე დაფუძნებული იონური სითხეები (ILs), რომლებიც ფართოდ გამოიყენება ბურღვის სითხეებში, აღმოჩნდა, რომ ტოქსიკური, არაბიოდეგრადირებადი და ძვირია. ღრმა ევტექტიკური გამხსნელები (DES) იონური სითხეების უფრო ეკონომიურ და ნაკლებად ტოქსიკურ ალტერნატივად ითვლება, მაგრამ ისინი მაინც ვერ აკმაყოფილებენ საჭირო გარემოსდაცვით მდგრადობას. ამ სფეროში ბოლოდროინდელმა მიღწევებმა განაპირობა ბუნებრივი ღრმა ევტექტიკური გამხსნელების (NADES) დანერგვა, რომლებიც ცნობილია თავისი ნამდვილი გარემოსდაცვითი კეთილგანწყობით. ამ კვლევაში გამოკვლეული იყო NADES-ები, რომლებიც შეიცავენ ლიმონმჟავას (როგორც წყალბადის ბმის აქცეპტორს) და გლიცერინს (როგორც წყალბადის ბმის დონორს) ბურღვის სითხის დანამატებად. NADES-ზე დაფუძნებული საბურღი სითხეები შემუშავდა API 13B-1 სტანდარტის შესაბამისად და მათი მუშაობა შედარებული იყო კალიუმის ქლორიდზე დაფუძნებულ საბურღი სითხეებთან, იმიდაზოლიუმის დაფუძნებულ იონურ სითხეებთან და ქოლინ ქლორიდ:შარდოვანა-DES-ზე დაფუძნებულ საბურღი სითხეებთან. დეტალურად არის აღწერილი საპატენტო NADES-ების ფიზიკურ-ქიმიური თვისებები. კვლევის დროს შეფასდა საბურღი სითხის რეოლოგიური თვისებები, სითხის დანაკარგი და ფიქლის ინჰიბირების თვისებები და ნაჩვენები იქნა, რომ 3% NADES-ების კონცენტრაციისას გაიზარდა დენადობის ზღვარი/პლასტიკური სიბლანტის თანაფარდობა (YP/PV), ტალახის ნამცეცის სისქე შემცირდა 26%-ით, ხოლო ფილტრატის მოცულობა 30.1%-ით. აღსანიშნავია, რომ NADES-მა მიაღწია გაფართოების შთამბეჭდავი ინჰიბირების მაჩვენებელს 49.14%-ით და გაზარდა ფიქლის წარმოება 86.36%-ით. ეს შედეგები მიეწერება NADES-ის უნარს, შეცვალოს თიხების ზედაპირული აქტივობა, ზეტა პოტენციალი და შრეებს შორის მანძილი, რომლებიც განხილულია ამ ნაშრომში ძირითადი მექანიზმების გასაგებად. მოსალოდნელია, რომ ეს მდგრადი საბურღი სითხე რევოლუციას მოახდენს საბურღი ინდუსტრიაში, რადგან ის ტრადიციული ფიქლის კოროზიის ინჰიბიტორების არატოქსიკურ, ეკონომიურ და მაღალეფექტურ ალტერნატივას წარმოადგენს და გზას გაუხსნის ეკოლოგიურად სუფთა ბურღვის პრაქტიკის დანერგვას.
ფიქალი მრავალმხრივი ქანია, რომელიც ნახშირწყალბადების როგორც წყაროს, ასევე რეზერვუარის ფუნქციას ასრულებს, ხოლო მისი ფოროვანი სტრუქტურა1 ამ ძვირფასი რესურსების როგორც წარმოების, ასევე შენახვის პოტენციალს იძლევა. თუმცა, ფიქალი მდიდარია თიხის მინერალებით, როგორიცაა მონტმორილონიტი, სმექტიტი, კაოლინიტი და ილიტი, რაც მას წყალთან შეხებისას შეშუპებისკენ მიდრეკილს ხდის, რაც ბურღვის ოპერაციების დროს ჭაბურღილის არასტაბილურობას იწვევს2,3. ამ პრობლემებმა შეიძლება გამოიწვიოს არაპროდუქტიული დრო (NPT) და მრავალი ოპერაციული პრობლემა, მათ შორის მილების გაჭედვა, ტალახის ცირკულაციის დაკარგვა, ჭაბურღილის ჩამონგრევა და ბიტის დაბინძურება, რაც ზრდის აღდგენის დროსა და ხარჯებს. ტრადიციულად, ნავთობზე დაფუძნებული ბურღვის სითხეები (OBDF) ფიქლის წარმონაქმნებისთვის სასურველი არჩევანია ფიქლის გაფართოებისადმი წინააღმდეგობის უნარის გამო4. თუმცა, ნავთობზე დაფუძნებული ბურღვის სითხეების გამოყენება უფრო მაღალ ხარჯებს და გარემოსდაცვით რისკებს იწვევს. სინთეტიკური ბურღვის სითხეები (SBDF) ალტერნატივად განიხილება, მაგრამ მათი მაღალ ტემპერატურაზე ვარგისიანობა არადამაკმაყოფილებელია. წყალზე დაფუძნებული ბურღვის სითხეები (WBDF) მიმზიდველი გადაწყვეტაა, რადგან ისინი უფრო უსაფრთხო, ეკოლოგიურად სუფთა და ეკონომიურია, ვიდრე OBDF5. WBDF-ის ფიქლის ინჰიბირების უნარის გასაძლიერებლად გამოყენებულია სხვადასხვა ფიქლის ინჰიბიტორი, მათ შორის ტრადიციული ინჰიბიტორები, როგორიცაა კალიუმის ქლორიდი, კირი, სილიკატი და პოლიმერი. თუმცა, ამ ინჰიბიტორებს აქვთ შეზღუდვები ეფექტურობისა და გარემოზე ზემოქმედების თვალსაზრისით, განსაკუთრებით კალიუმის ქლორიდის ინჰიბიტორებში K+ მაღალი კონცენტრაციისა და სილიკატების pH მგრძნობელობის გამო.6 მკვლევარებმა შეისწავლეს იონური სითხეების გამოყენების შესაძლებლობა საბურღი სითხის დანამატებად, საბურღი სითხის რეოლოგიის გასაუმჯობესებლად და ფიქლის შეშუპებისა და ჰიდრატის წარმოქმნის თავიდან ასაცილებლად. თუმცა, ეს იონური სითხეები, განსაკუთრებით იმიდაზოლილის კათიონების შემცველი, ზოგადად ტოქსიკური, ძვირი, არაბიოდეგრადირებადი და საჭიროებს რთულ მომზადების პროცესებს. ამ პრობლემების გადასაჭრელად, ადამიანებმა დაიწყეს უფრო ეკონომიური და ეკოლოგიურად სუფთა ალტერნატივის ძებნა, რამაც გამოიწვია ღრმა ევტექტიკური გამხსნელების (DES) გაჩენა. DES არის ევტექტიკური ნარევი, რომელიც წარმოიქმნება წყალბადის ბმის დონორის (HBD) და წყალბადის ბმის აქცეპტორის (HBA) მიერ კონკრეტული მოლური თანაფარდობითა და ტემპერატურით. ამ ევტექტიკურ ნარევებს აქვთ უფრო დაბალი დნობის წერტილები, ვიდრე მათ ინდივიდუალურ კომპონენტებს, ძირითადად წყალბადის ბმებით გამოწვეული მუხტის დელოკალიზაციის გამო. DES-ის დნობის ტემპერატურის შემცირებაში გადამწყვეტ როლს მრავალი ფაქტორი ასრულებს, მათ შორის ბადის ენერგია, ენტროპიის ცვლილება და ანიონებსა და HBD-ს შორის ურთიერთქმედება.
წინა კვლევებში, ფიქლის გაფართოების პრობლემის გადასაჭრელად, წყალზე დამზადებულ საბურღი სითხეს სხვადასხვა დანამატი ემატებოდა. მაგალითად, ოფეიმ და სხვებმა დაამატეს 1-ბუტილ-3-მეთილიმიდაზოლიუმის ქლორიდი (BMIM-Cl), რამაც მნიშვნელოვნად შეამცირა ტალახის ნამცეცის სისქე (50%-მდე) და შეამცირა YP/PV მნიშვნელობა 11-ით სხვადასხვა ტემპერატურაზე. ჰუანგმა და სხვებმა გამოიყენეს იონური სითხეები (კერძოდ, 1-ჰექსილ-3-მეთილიმიდაზოლიუმის ბრომიდი და 1,2-ბის(3-ჰექსილიმიდაზოლ-1-ილ)ეთანის ბრომიდი) Na-Bt ნაწილაკებთან კომბინაციაში და მნიშვნელოვნად შეამცირეს ფიქლის შეშუპება შესაბამისად 86.43%-ით და 94.17%-ით12. გარდა ამისა, იანგმა და სხვებმა გამოიყენეს 1-ვინილ-3-დოდეცილიმიდაზოლიუმის ბრომიდი და 1-ვინილ-3-ტეტრადეცილიმიდაზოლიუმის ბრომიდი ფიქლის შეშუპების შესამცირებლად შესაბამისად 16.91%-ით და 5.81%-ით.13 იანგმა და სხვებმა ასევე გამოიყენეს 1-ვინილ-3-ეთილიმიდაზოლიუმის ბრომიდი და შეამცირეს ფიქლის გაფართოება 31.62%-ით, ფიქლის აღდგენის 40.60%-ზე შენარჩუნებით.14 გარდა ამისა, ლუომ და სხვებმა გამოიყენეს 1-ოქტილ-3-მეთილიმიდაზოლიუმის ტეტრაფტორბორატი ფიქლის შეშუპების 80%-ით შესამცირებლად.15, 16 დაიმ და სხვებმა გამოიყენეს იონური თხევადი კოპოლიმერები ფიქლის ინჰიბირებისთვის და მიაღწიეს წრფივი აღდგენის 18%-იან ზრდას ამინის ინჰიბიტორებთან შედარებით.17
იონურ სითხეებს თავისთავად აქვთ გარკვეული ნაკლოვანებები, რამაც მეცნიერები აიძულა იონური სითხეების უფრო ეკოლოგიურად სუფთა ალტერნატივების მოსაძებნად და ასე დაიბადა DES. ჰანჯია იყო პირველი, ვინც გამოიყენა ღრმა ევტექტიკური გამხსნელები (DES), რომლებიც შედგებოდა ვინილის ქლორიდის პროპიონის მჟავასგან (1:1), ვინილის ქლორიდის 3-ფენილპროპიონის მჟავასგან (1:2) და 3-მერკაპტოპროპიონის მჟავასგან + იტაკონის მჟავასგან + ვინილის ქლორიდისგან (1:1:2), რამაც ბენტონიტის შეშუპება შეაფერხა შესაბამისად 68%-ით, 58%-ით და 58%-ით18. თავისუფალ ექსპერიმენტში, MH Rasul-მა გამოიყენა გლიცეროლისა და კალიუმის კარბონატის (DES) 2:1 თანაფარდობა და მნიშვნელოვნად შეამცირა ფიქლის ნიმუშების შეშუპება 87%-ით19,20. Ma-მ გამოიყენა შარდოვანა:ვინილქლორიდი ფიქლის გაფართოების მნიშვნელოვნად შესამცირებლად 67%-ით21. რასული და სხვ. DES-ისა და პოლიმერის კომბინაცია გამოყენებული იქნა როგორც ორმაგი მოქმედების ფიქლის ინჰიბიტორი, რამაც მიაღწია ფიქლის შესანიშნავი ინჰიბირების ეფექტს22.
მიუხედავად იმისა, რომ ღრმა ევტექტიკური გამხსნელები (DES) ზოგადად იონური სითხეების უფრო ეკოლოგიურ ალტერნატივად ითვლება, ისინი ასევე შეიცავს პოტენციურად ტოქსიკურ კომპონენტებს, როგორიცაა ამონიუმის მარილები, რაც მათ ეკოლოგიურად კეთილგანწყობას საეჭვოს ხდის. ამ პრობლემამ განაპირობა ბუნებრივი ღრმა ევტექტიკური გამხსნელების (NADES) შემუშავება. ისინი კვლავ კლასიფიცირდება როგორც DES, მაგრამ შედგება ბუნებრივი ნივთიერებებისა და მარილებისგან, მათ შორის კალიუმის ქლორიდის (KCl), კალციუმის ქლორიდის (CaCl2), ეფსომის მარილების (MgSO4.7H2O) და სხვა. DES-ისა და NADES-ის მრავალრიცხოვანი პოტენციური კომბინაციები ამ სფეროში კვლევის ფართო შესაძლებლობებს ქმნის და მოსალოდნელია, რომ მათი გამოყენება სხვადასხვა სფეროში იქნება. რამდენიმე მკვლევარმა წარმატებით შეიმუშავა DES-ის ახალი კომბინაციები, რომლებიც ეფექტური აღმოჩნდა სხვადასხვა გამოყენებაში. მაგალითად, ნასერმა და სხვებმა 2013 წელს სინთეზირეს კალიუმის კარბონატზე დაფუძნებული DES და შეისწავლეს მისი თერმოფიზიკური თვისებები, რომლებმაც შემდგომში გამოყენება იპოვეს ჰიდრატების ინჰიბირების, საბურღი სითხის დანამატების, დელიგნიფიკაციისა და ნანოფიბრილაციის სფეროებში. 23 ჯორდი კიმმა და მისმა კოლეგებმა შეიმუშავეს ასკორბინის მჟავაზე დაფუძნებული NADES და შეაფასეს მისი ანტიოქსიდანტური თვისებები სხვადასხვა გამოყენებაში. 24 კრისტერმა და სხვებმა შეიმუშავეს ლიმონმჟავაზე დაფუძნებული NADES და დაადგინეს მისი პოტენციალი, როგორც კოლაგენის პროდუქტების დამხმარე ნივთიერება. 25 ლიუ ი-მ და მისმა კოლეგებმა შეაჯამეს NADES-ის გამოყენება ექსტრაქციისა და ქრომატოგრაფიის საშუალებად ყოვლისმომცველ მიმოხილვაში, ხოლო მისანმა და სხვებმა განიხილეს NADES-ის წარმატებული გამოყენება აგროსასურსათო სექტორში. აუცილებელია, რომ საბურღი სითხის მკვლევარებმა ყურადღება მიაქციონ NADES-ის ეფექტურობას მათ გამოყენებაში. ბოლო დროს. 2023 წელს რასულმა და სხვებმა გამოიყენეს ბუნებრივი ღრმა ევტექტიკური გამხსნელების სხვადასხვა კომბინაცია, რომელიც დაფუძნებულია ასკორბინის მჟავაზე26, კალციუმის ქლორიდზე27, კალიუმის ქლორიდზე28 და ეპსომის მარილზე29 და მიაღწიეს შთამბეჭდავ ინჰიბირებას და ფიქლის აღდგენას. ეს კვლევა ერთ-ერთი პირველი კვლევაა, რომელშიც NADES (კერძოდ, ლიმონმჟავასა და გლიცეროლზე დაფუძნებული ფორმულა) წარმოდგენილია, როგორც ეკოლოგიურად სუფთა და ეფექტური ფიქლის ინჰიბიტორი წყალზე დაფუძნებულ საბურღი სითხეებში, რომელიც ხასიათდება შესანიშნავი გარემოსდაცვითი სტაბილურობით, გაუმჯობესებული ფიქლის ინჰიბირების უნარით და გაუმჯობესებული სითხის მუშაობით ტრადიციულ ინჰიბიტორებთან შედარებით, როგორიცაა KCl, იმიდაზოლილზე დაფუძნებული იონური სითხეები და ტრადიციული DES.
კვლევა მოიცავს ლიმონმჟავაზე (CA) დაფუძნებული NADES-ის საკუთარი წარმოების პროცესს, რასაც მოჰყვება დეტალური ფიზიკურ-ქიმიური დახასიათება და მისი გამოყენება საბურღი სითხის დანამატად, საბურღი სითხის თვისებებისა და შეშუპების ინჰიბირების უნარის შესაფასებლად. ამ კვლევაში, CA იმოქმედებს როგორც წყალბადის ბმის აქცეპტორი, ხოლო გლიცეროლი (Gly) იმოქმედებს როგორც წყალბადის ბმის დონორი, რომელიც შერჩეულია MH სკრინინგის კრიტერიუმების საფუძველზე NADES-ის ფორმირების/შერჩევისთვის ფიქლის ინჰიბირების კვლევებში30. ფურიეს გარდაქმნის ინფრაწითელი სპექტროსკოპია (FTIR), რენტგენის დიფრაქცია (XRD) და ზეტა პოტენციალის (ZP) გაზომვები განმარტავს NADES-თიხის ურთიერთქმედებას და თიხის შეშუპების ინჰიბირების მექანიზმს. გარდა ამისა, ეს კვლევა შეადარებს CA NADES-ზე დაფუძნებულ საბურღი სითხეს 1-ეთილ-3-მეთილიმიდაზოლიუმის ქლორიდის [EMIM]Cl7,12,14,17,31, KCl და ქოლინ ქლორიდი:შარდოვანა (1:2) საფუძველზე დაფუძნებულ DES32-ს, რათა შესწავლილი იქნას მათი ეფექტურობა ფიქლის ინჰიბირებასა და საბურღი სითხის მუშაობის გაუმჯობესებაში.
ლიმონმჟავა (მონოჰიდრატი), გლიცეროლი (99 USP) და შარდოვანა შეძენილი იქნა EvaChem-ისგან, კუალა-ლუმპური, მალაიზია. ქოლინის ქლორიდი (>98%), [EMIM]Cl 98% და კალიუმის ქლორიდი შეძენილი იქნა Sigma Aldrich-ისგან, მალაიზია. ყველა ქიმიკატის ქიმიური სტრუქტურა ნაჩვენებია ნახაზ 1-ში. მწვანე დიაგრამა ადარებს ამ კვლევაში გამოყენებულ ძირითად ქიმიკატებს: იმიდაზოლილის იონური სითხე, ქოლინის ქლორიდი (DES), ლიმონმჟავა, გლიცეროლი, კალიუმის ქლორიდი და NADES (ლიმონმჟავა და გლიცეროლი). ამ კვლევაში გამოყენებული ქიმიკატების ეკოლოგიურად სუფთა ცხრილი წარმოდგენილია ცხრილ 1-ში. ცხრილში თითოეული ქიმიკატი შეფასებულია ტოქსიკურობის, ბიოდეგრადირებადობის, ღირებულებისა და გარემოსდაცვითი მდგრადობის მიხედვით.
კვლევაში გამოყენებული მასალების ქიმიური სტრუქტურები: (ა) ლიმონმჟავა, (ბ) [EMIM]Cl, (გ) ქოლინის ქლორიდი და (დ) გლიცეროლი.
CA (ბუნებრივი ღრმა ევტექტიკური გამხსნელი) ბაზაზე დაფუძნებული NADES-ის შესამუშავებლად წყალბადის ბმის დონორის (HBD) და წყალბადის ბმის აქცეპტორის (HBA) კანდიდატები ფრთხილად შეირჩა MH 30 შერჩევის კრიტერიუმების შესაბამისად, რომლებიც განკუთვნილია NADES-ის, როგორც ეფექტური ფიქლის ინჰიბიტორების შესამუშავებლად. ამ კრიტერიუმის მიხედვით, NADES-ის შესამუშავებლად შესაფერისად ითვლება კომპონენტები, რომლებიც შეიცავს წყალბადის ბმის დონორებისა და აქცეპტორების დიდ რაოდენობას, ასევე პოლარულ ფუნქციურ ჯგუფებს.
გარდა ამისა, ამ კვლევაში შედარებისთვის შეირჩა იონური სითხე [EMIM]Cl და ქოლინ ქლორიდი:შარდოვანას ღრმა ევტექტიკური გამხსნელი (DES), რადგან ისინი ფართოდ გამოიყენება საბურღი სითხის დანამატებად33,34,35,36. გარდა ამისა, შედარებული იქნა კალიუმის ქლორიდი (KCl), რადგან ის გავრცელებული ინჰიბიტორია.
ევტექტიკური ნარევების მისაღებად ლიმონმჟავა და გლიცეროლი სხვადასხვა მოლური თანაფარდობით იქნა შერეული. ვიზუალურმა დათვალიერებამ აჩვენა, რომ ევტექტიკური ნარევი წარმოადგენდა ერთგვაროვან, გამჭვირვალე სითხეს სიმღვრივის გარეშე, რაც მიუთითებს, რომ წყალბადის ბმის დონორი (HBD) და წყალბადის ბმის აქცეპტორი (HBA) წარმატებით იქნა შერეული ამ ევტექტიკურ შემადგენლობაში. HBD-სა და HBA-ს შერევის პროცესის ტემპერატურაზე დამოკიდებული ქცევის დასაკვირვებლად ჩატარდა წინასწარი ექსპერიმენტები. არსებული ლიტერატურის თანახმად, ევტექტიკური ნარევების პროპორცია შეფასდა სამ სპეციფიკურ ტემპერატურაზე 50°C, 70°C და 100°C-ზე მაღალ ტემპერატურაზე, რაც მიუთითებს, რომ ევტექტიკური ტემპერატურა ჩვეულებრივ 50–80°C დიაპაზონშია. HBD-სა და HBA კომპონენტების ზუსტად ასაწონად გამოყენებული იქნა Mettler-ის ციფრული სასწორი, ხოლო HBD-სა და HBA-ს გასათბობად და მოსარევად 100 ბრ/წთ-ზე კონტროლირებად პირობებში გამოყენებული იქნა Thermo Fisher-ის ცხელი ფირფიტა.
ჩვენს მიერ სინთეზირებული ღრმა ევტექტიკური გამხსნელის (DES) თერმოფიზიკური თვისებები, მათ შორის სიმკვრივე, ზედაპირული დაჭიმულობა, გარდატეხის ინდექსი და სიბლანტე, ზუსტად გაიზომა 289.15-დან 333.15 K-მდე ტემპერატურის დიაპაზონში. უნდა აღინიშნოს, რომ ეს ტემპერატურული დიაპაზონი ძირითადად არსებული აღჭურვილობის შეზღუდვების გამო შეირჩა. ყოვლისმომცველი ანალიზი მოიცავდა ამ NADES ფორმულირების სხვადასხვა თერმოფიზიკური თვისებების სიღრმისეულ შესწავლას, რამაც გამოავლინა მათი ქცევა ტემპერატურის სხვადასხვა დიაპაზონში. ამ კონკრეტულ ტემპერატურულ დიაპაზონზე ფოკუსირება იძლევა წარმოდგენას NADES-ის თვისებების შესახებ, რომლებიც განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია მრავალი გამოყენებისთვის.
მომზადებული NADES-ის ზედაპირული დაჭიმულობა გაიზომა 289.15-დან 333.15 K-მდე დიაპაზონში, ფაზათაშორისი დაჭიმულობის მრიცხველის (IFT700) გამოყენებით. NADES-ის წვეთები წარმოიქმნება დიდი მოცულობით სითხით სავსე კამერაში კაპილარული ნემსის გამოყენებით, სპეციფიკური ტემპერატურისა და წნევის პირობებში. თანამედროვე ვიზუალიზაციის სისტემები ლაპლასის განტოლების გამოყენებით ფაზათაშორისი დაჭიმულობის გამოსათვლელად შესაბამის გეომეტრიულ პარამეტრებს ნერგავენ.
ახლად მომზადებული NADES-ის გარდატეხის ინდექსის დასადგენად 289.15-დან 333.15 K-მდე ტემპერატურულ დიაპაზონში გამოყენებული იქნა ATAGO რეფრაქტომეტრი. ინსტრუმენტი იყენებს თერმულ მოდულს ტემპერატურის რეგულირებისთვის და სინათლის გარდატეხის ხარისხის შესაფასებლად, რაც გამორიცხავს მუდმივი ტემპერატურის წყლის აბაზანის საჭიროებას. რეფრაქტომეტრის პრიზმის ზედაპირი უნდა გაიწმინდოს და ნიმუშის ხსნარი თანაბრად უნდა გადანაწილდეს მასზე. დაკალიბრეთ ცნობილი სტანდარტული ხსნარით და შემდეგ ეკრანიდან წაიკითხეთ გარდატეხის ინდექსი.
მომზადებული NADES-ის სიბლანტე გაიზომა 289.15-დან 333.15 K-მდე ტემპერატურულ დიაპაზონში, ბრუკფილდის ბრუნვითი ვისკომეტრის (კრიოგენული ტიპის) გამოყენებით, 30 ბრ/წთ-ის ძვრის სიჩქარით და 6 ღერძის ზომით. ვისკომეტრი სიბლანტეს ზომავს სითხის ნიმუშში ღერძის მუდმივი სიჩქარით ბრუნვისთვის საჭირო ბრუნვის მომენტის განსაზღვრით. ნიმუშის ღერძის ქვეშ ეკრანზე მოთავსებისა და გამკაცრების შემდეგ, ვისკომეტრი აჩვენებს სიბლანტეს ცენტიპოიზებში (cP), რაც სითხის რეოლოგიურ თვისებებზე ღირებულ ინფორმაციას იძლევა.
პორტატული სიმკვრივის საზომი DMA 35 Basic გამოყენებული იქნა ახლად მომზადებული ბუნებრივი ღრმა ევტექტიკური გამხსნელის (NDEES) სიმკვრივის დასადგენად 289.15–333.15 K ტემპერატურის დიაპაზონში. რადგან მოწყობილობას არ აქვს ჩაშენებული გამათბობელი, NADES სიმკვრივის საზომის გამოყენებამდე ის წინასწარ უნდა გაცხელდეს მითითებულ ტემპერატურამდე (± 2 °C). მილის მეშვეობით ამოიღეთ მინიმუმ 2 მლ ნიმუში და სიმკვრივე მაშინვე გამოჩნდება ეკრანზე. აღსანიშნავია, რომ ჩაშენებული გამათბობლის არარსებობის გამო, გაზომვის შედეგებს აქვს ± 2 °C შეცდომა.
ახლად მომზადებული NADES-ის pH-ის 289.15–333.15 K ტემპერატურის დიაპაზონში შესაფასებლად, ჩვენ გამოვიყენეთ Kenis-ის მაგიდის pH მრიცხველი. რადგან არ აქვს ჩაშენებული გამათბობელი მოწყობილობა, NADES თავდაპირველად გაცხელდა სასურველ ტემპერატურამდე (±2 °C) ცხელი ღუმელის გამოყენებით და შემდეგ იზომებოდა პირდაპირ pH მრიცხველით. pH მრიცხველის ზონდი მთლიანად ჩაეფლო NADES-ში და საბოლოო მნიშვნელობა ჩაიწერა მაჩვენებლის სტაბილიზაციის შემდეგ.
ბუნებრივი ღრმა ევტექტიკური გამხსნელების (NADES) თერმული სტაბილურობის შესაფასებლად გამოყენებული იქნა თერმოგრავიმეტრიული ანალიზი (TGA). ნიმუშები გაანალიზდა გათბობის დროს. მაღალი სიზუსტის სასწორის გამოყენებით და გათბობის პროცესის ფრთხილად მონიტორინგით, შეიქმნა მასის დანაკარგის ტემპერატურასთან მიმართებაში დიაგრამა. NADES გაცხელდა 0-დან 500 °C-მდე წუთში 1 °C სიჩქარით.
პროცესის დასაწყებად, NADES ნიმუში საფუძვლიანად უნდა იყოს შერეული, ჰომოგენიზებული და ზედაპირიდან ტენი მოცილებული. მომზადებული ნიმუში შემდეგ თავსდება TGA კიუვეტში, რომელიც, როგორც წესი, დამზადებულია ინერტული მასალისგან, როგორიცაა ალუმინი. ზუსტი შედეგების უზრუნველსაყოფად, TGA ინსტრუმენტები კალიბრდება საცნობარო მასალების, როგორც წესი, წონის სტანდარტების გამოყენებით. კალიბრაციის შემდეგ, TGA ექსპერიმენტი იწყება და ნიმუში თბება კონტროლირებადი გზით, ჩვეულებრივ, მუდმივი სიჩქარით. ნიმუშის წონასა და ტემპერატურას შორის ურთიერთობის უწყვეტი მონიტორინგი ექსპერიმენტის მნიშვნელოვანი ნაწილია. TGA ინსტრუმენტები აგროვებენ მონაცემებს ტემპერატურის, წონის და სხვა პარამეტრების, როგორიცაა გაზის ნაკადი ან ნიმუშის ტემპერატურა, შესახებ. TGA ექსპერიმენტის დასრულების შემდეგ, შეგროვებული მონაცემები გაანალიზდება ნიმუშის წონის ცვლილების დასადგენად ტემპერატურის ფუნქციის მიხედვით. ეს ინფორმაცია ფასეულია ნიმუშში ფიზიკურ და ქიმიურ ცვლილებებთან დაკავშირებული ტემპერატურული დიაპაზონების დასადგენად, მათ შორის ისეთი პროცესების, როგორიცაა დნობა, აორთქლება, დაჟანგვა ან დაშლა.
წყალზე დამზადებული საბურღი სითხე API 13B-1 სტანდარტის შესაბამისად ფრთხილად იქნა შემუშავებული და მისი სპეციფიკური შემადგენლობა მოცემულია ცხრილ 2-ში საცნობაროდ. ლიმონმჟავა და გლიცეროლი (99 USP) შეძენილი იქნა Sigma Aldrich-ისგან, მალაიზია, ბუნებრივი ღრმა ევტექტიკური გამხსნელის (NADES) მოსამზადებლად. გარდა ამისა, ჩვეულებრივი ფიქლის ინჰიბიტორი კალიუმის ქლორიდი (KCl) ასევე შეძენილი იქნა Sigma Aldrich-ისგან, მალაიზია. 1-ეთილ, 3-მეთილიმიდაზოლიუმის ქლორიდი ([EMIM]Cl) 98%-ზე მეტი სისუფთავით შეირჩა საბურღი სითხის რეოლოგიის გაუმჯობესებასა და ფიქლის ინჰიბირებაში მისი მნიშვნელოვანი ეფექტის გამო, რაც დადასტურდა წინა კვლევებში. როგორც KCl, ასევე ([EMIM]Cl) გამოყენებული იქნება შედარებით ანალიზში NADES-ის ფიქლის ინჰიბირების ეფექტურობის შესაფასებლად.
ბევრი მკვლევარი ფიქლის შეშუპების შესასწავლად ბენტონიტის ფანტელების გამოყენებას ამჯობინებს, რადგან ბენტონიტი შეიცავს იმავე „მონტმორილონიტის“ ჯგუფს, რომელიც იწვევს ფიქლის შეშუპებას. ნამდვილი ფიქლის ბირთვის ნიმუშების მიღება რთულია, რადგან ბირთვის ამოღების პროცესი ფიქლის დესტაბილიზაციას ახდენს, რის შედეგადაც მიიღება ნიმუშები, რომლებიც მთლიანად ფიქლისგან არ არის დამზადებული, მაგრამ, როგორც წესი, შეიცავს ქვიშაქვისა და კირქვის ფენების ნაზავს. გარდა ამისა, ფიქლის ნიმუშებს, როგორც წესი, არ აქვთ მონტმორილონიტის ჯგუფები, რომლებიც იწვევენ ფიქლის შეშუპებას და, შესაბამისად, არ არის შესაფერისი შეშუპების ინჰიბირების ექსპერიმენტებისთვის.
ამ კვლევაში ჩვენ გამოვიყენეთ დაახლოებით 2.54 სმ დიამეტრის აღდგენილი ბენტონიტის ნაწილაკები. გრანულები დამზადდა 11.5 გრამი ნატრიუმის ბენტონიტის ფხვნილის ჰიდრავლიკურ პრესში 1600 psi წნევით დაპრესით. გრანულების სისქე ზუსტად გაიზომა წრფივ დილატომეტრში (LD) მოთავსებამდე. შემდეგ ნაწილაკები ჩაეფლო საბურღი სითხის ნიმუშებში, მათ შორის ბაზის ნიმუშებში და ნიმუშებში, რომლებშიც შეჰყავდათ ინჰიბიტორები, რომლებიც გამოიყენება ფიქლის შეშუპების თავიდან ასაცილებლად. გრანულების სისქის ცვლილება შემდეგ ფრთხილად კონტროლდებოდა LD-ის გამოყენებით, გაზომვები იწერებოდა 60 წამიანი ინტერვალებით 24 საათის განმავლობაში.
რენტგენის დიფრაქციამ აჩვენა, რომ ბენტონიტის შემადგენლობა, განსაკუთრებით მისი 47% მონტმორილონიტის კომპონენტი, მისი გეოლოგიური მახასიათებლების გასაგებად მთავარი ფაქტორია. ბენტონიტის მონტმორილონიტის კომპონენტებს შორის, მონტმორილონიტი მთავარი კომპონენტია, რომელიც მთლიანი კომპონენტების 88.6%-ს შეადგენს. ამასობაში, კვარცი 29%-ს, ილიტი 7%-ს და კარბონატი 9%-ს შეადგენს. მცირე ნაწილი (დაახლოებით 3.2%) ილიტისა და მონტმორილონიტის ნარევია. გარდა ამისა, იგი შეიცავს მიკროელემენტებს, როგორიცაა Fe2O3 (4.7%), ვერცხლის ალუმინოსილიკატი (1.2%), მუსკოვიტი (4%) და ფოსფატი (2.3%). გარდა ამისა, მცირე რაოდენობით არის Na2O (1.83%) და რკინის სილიკატი (2.17%), რაც საშუალებას იძლევა სრულად დავაფასოთ ბენტონიტის შემადგენელი ელემენტები და მათი შესაბამისი პროპორციები.
ეს ყოვლისმომცველი კვლევის განყოფილება დეტალურად აღწერს ბუნებრივი ღრმა ევტექტიკური გამხსნელის (NADES) გამოყენებით მომზადებული და სხვადასხვა კონცენტრაციით (1%, 3% და 5%) საბურღი სითხის დანამატად გამოყენებული საბურღი სითხის ნიმუშების რეოლოგიურ და ფილტრაციის თვისებებს. შემდეგ NADES-ზე დაფუძნებული სუსპენზიის ნიმუშები შედარებული და გაანალიზებული იქნა კალიუმის ქლორიდის (KCl), CC:შარდოვანას DES-ის (ქოლინ ქლორიდის ღრმა ევტექტიკური გამხსნელი:შარდოვანა) და იონური სითხეებისგან შემდგარი სუსპენზიის ნიმუშებთან. კვლევაში განხილული იყო რამდენიმე ძირითადი პარამეტრი, მათ შორის სიბლანტის მაჩვენებლები, რომლებიც მიღებული იყო FANN ვისკომეტრის გამოყენებით 100°C და 150°C ტემპერატურაზე დაბერების პირობებთან ზემოქმედებამდე და მის შემდეგ. გაზომვები ჩატარდა სხვადასხვა ბრუნვის სიჩქარით (3 ბრ/წთ, 6 ბრ/წთ, 300 ბრ/წთ და 600 ბრ/წთ), რაც საშუალებას იძლევა საბურღი სითხის ქცევის ყოვლისმომცველი ანალიზის ჩასატარებლად. მიღებული მონაცემების გამოყენება შესაძლებელია ისეთი ძირითადი თვისებების დასადგენად, როგორიცაა დენადობის წერტილი (YP) და პლასტიკური სიბლანტე (PV), რაც იძლევა სითხის მუშაობის შესახებ წარმოდგენას სხვადასხვა პირობებში. მაღალი წნევის, მაღალი ტემპერატურის (HPHT) ფილტრაციის ტესტები 400 psi და 150°C წნევაზე (ტიპიური ტემპერატურა მაღალი ტემპერატურის ჭაბურღილებში) განსაზღვრავს ფილტრაციის ეფექტურობას (ნამცხვრის სისქე და ფილტრატის მოცულობა).
ეს განყოფილება იყენებს უახლეს აღჭურვილობას, Grace HPHT ხაზოვან დილატომეტრს (M4600), რათა საფუძვლიანად შეაფასოს ჩვენი წყალზე დაფუძნებული საბურღი სითხეების ფიქლის შეშუპების ინჰიბირების თვისებები. LSM არის უახლეს მანქანა, რომელიც შედგება ორი კომპონენტისგან: ფირფიტის კომპაქტორი და ხაზოვანი დილატომეტრი (მოდელი: M4600). ბენტონიტის ფირფიტები მომზადდა ანალიზისთვის Grace Core/Plate Compactor-ის გამოყენებით. შემდეგ LSM დაუყოვნებლივ გვაწვდის შეშუპების მონაცემებს ამ ფირფიტებზე, რაც საშუალებას იძლევა ფიქლის შეშუპების ინჰიბირების თვისებების ყოვლისმომცველი შეფასებისა. ფიქლის გაფართოების ტესტები ჩატარდა გარემო პირობებში, ანუ 25°C და 1 psia.
ფიქლის სტაბილურობის ტესტირება მოიცავს ძირითად ტესტს, რომელსაც ხშირად მოიხსენიებენ, როგორც ფიქლის აღდგენის ტესტს, ფიქლის ჩაძირვის ტესტს ან ფიქლის დისპერსიის ტესტს. ამ შეფასების დასაწყებად, ფიქლის ნაჭრები გამოყოფილია #6 BSS ბადაზე და შემდეგ მოთავსებულია #10 ბადაზე. შემდეგ ნაჭრები მიეწოდება შემნახველ ავზს, სადაც ისინი შერეულია ბაზის სითხესთან და საბურღი ტალახთან, რომელიც შეიცავს NADES-ს (ბუნებრივი ღრმა ევტექტიკური გამხსნელი). შემდეგი ნაბიჯი არის ნარევის ღუმელში მოთავსება ინტენსიური ცხელი გლინვის პროცესისთვის, იმის უზრუნველსაყოფად, რომ ნაჭრები და ტალახი კარგად იყოს შერეული. 16 საათის შემდეგ, ნაჭრები რბილობიდან ამოღებულია ფიქლის დაშლის გზით, რაც იწვევს ნაჭრების წონის შემცირებას. ფიქლის აღდგენის ტესტი ჩატარდა მას შემდეგ, რაც ფიქლის ნაჭრები 24 საათის განმავლობაში მოთავსდა საბურღი ტალახში 150°C ტემპერატურაზე და 1000 psi. ინჩზე წნევაზე.
ფიქლის ტალახის აღდგენის გასაზომად, ჩვენ ის უფრო წვრილი ბადით (40 mesh) გავფილტრეთ, შემდეგ კარგად გავრეცხეთ წყლით და ბოლოს გავაშრეთ ღუმელში. ეს შრომატევადი პროცედურა საშუალებას გვაძლევს შევაფასოთ აღდგენილი ტალახი საწყის წონასთან შედარებით, საბოლოოდ გამოვთვალოთ წარმატებით აღდგენილი ფიქლის ტალახის პროცენტული მაჩვენებელი. ფიქლის ნიმუშების წყაროა ნიაჰის რაიონი, მირის რაიონი, სარავაკი, მალაიზია. დისპერსიისა და აღდგენის ტესტებამდე, ფიქლის ნიმუშებს ჩაუტარდათ საფუძვლიანი რენტგენის დიფრაქციული (XRD) ანალიზი, რათა დაედგინათ მათი თიხის შემადგენლობა და დადასტურებულიყო მათი შესაფერისობა ტესტირებისთვის. ნიმუშის თიხის მინერალური შემადგენლობა შემდეგია: ილიტი 18%, კაოლინიტი 31%, ქლორიტი 22%, ვერმიკულიტი 10% და ქარსი 19%.
ზედაპირული დაჭიმულობა წარმოადგენს ძირითად ფაქტორს, რომელიც აკონტროლებს წყლის კათიონების შეღწევას ფიქლის მიკროფორებში კაპილარული მოქმედების გზით, რაც დეტალურად იქნება შესწავლილი ამ ნაწილში. ეს ნაშრომი იკვლევს ზედაპირული დაჭიმულობის როლს საბურღი სითხეების შეკრულ თვისებაში, ხაზს უსვამს მის მნიშვნელოვან გავლენას ბურღვის პროცესზე, განსაკუთრებით კი ფიქლის ინჰიბირებაზე. საბურღი სითხის ნიმუშების ზედაპირული დაჭიმულობის ზუსტად გასაზომად ჩვენ გამოვიყენეთ ინტერფეისული ტენსიომეტრი (IFT700), რაც ავლენს სითხის ქცევის მნიშვნელოვან ასპექტს ფიქლის ინჰიბირების კონტექსტში.
ამ ნაწილში დეტალურად არის განხილული d-ფენების დაშორება, რაც წარმოადგენს თიხებში ალუმინოსილიკატურ ფენებსა და ერთ ალუმინოსილიკატურ ფენას შორის ფენებს შორის დაშორებას. შედარებისთვის, ანალიზმა მოიცვა სველი ტალახის ნიმუშები, რომლებიც შეიცავდა 1%, 3% და 5% CA NADES-ს, ასევე 3% KCl, 3% [EMIM]Cl და 3% CC:შარდოვანაზე დაფუძნებულ DES-ს. უახლესი ტექნოლოგიების გამოყენებით დამონტაჟებულმა რენტგენის დიფრაქტომეტრმა (D2 Phaser), რომელიც მუშაობდა 40 mA და 45 კვ ძაბვაზე Cu-Kα გამოსხივებით (λ = 1.54059 Å), გადამწყვეტი როლი ითამაშა როგორც სველი, ასევე მშრალი Na-Bt ნიმუშების რენტგენის დიფრაქციული პიკების ჩაწერაში. ბრაგის განტოლების გამოყენება საშუალებას იძლევა ზუსტად განისაზღვროს d-ფენების დაშორება, რითაც მოცემულია ღირებული ინფორმაცია თიხის ქცევის შესახებ.
ეს განყოფილება იყენებს მოწინავე Malvern Zetasizer Nano ZSP ინსტრუმენტს ზეტა პოტენციალის ზუსტად გასაზომად. ამ შეფასებამ მოგვაწოდა ღირებული ინფორმაცია 1%, 3% და 5% CA NADES-ის შემცველი განზავებული ტალახის ნიმუშების მუხტის მახასიათებლების შესახებ, ასევე 3% KCl, 3% [EMIM]Cl და 3% CC:შარდოვანაზე დაფუძნებული DES შედარებითი ანალიზისთვის. ეს შედეგები ხელს უწყობს კოლოიდური ნაერთების სტაბილურობისა და სითხეებში მათი ურთიერთქმედების გაგებას.
თიხის ნიმუშები გამოკვლეული იქნა ბუნებრივ ღრმა ევტექტიკურ გამხსნელთან (NADES) ზემოქმედებამდე და მის შემდეგ, Zeiss Supra 55 VP ველის ემისიის სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპის (FESEM) გამოყენებით, რომელიც აღჭურვილი იყო ენერგიის დისპერსიული რენტგენით (EDX). გამოსახულების გარჩევადობა იყო 500 ნმ, ხოლო ელექტრონული სხივის ენერგია იყო 30 კვ და 50 კვ. FESEM უზრუნველყოფს თიხის ნიმუშების ზედაპირის მორფოლოგიისა და სტრუქტურული მახასიათებლების მაღალი გარჩევადობის ვიზუალიზაციას. ამ კვლევის მიზანი იყო NADES-ის თიხის ნიმუშებზე ზემოქმედების შესახებ ინფორმაციის მიღება ზემოქმედებამდე და მის შემდეგ მიღებული სურათების შედარებით.
ამ კვლევაში გამოყენებული იქნა ველის ემისიის სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპიის (FESEM) ტექნოლოგია თიხის ნიმუშებზე NADES-ის ზემოქმედების მიკროსკოპულ დონეზე შესასწავლად. კვლევის მიზანია NADES-ის პოტენციური გამოყენების და მისი თიხის მორფოლოგიასა და საშუალო ნაწილაკების ზომაზე ზემოქმედების გარკვევა, რაც ამ სფეროში კვლევისთვის ღირებულ ინფორმაციას მოგვაწვდის.
ამ კვლევაში, შეცდომის ზოლები გამოყენებული იქნა ექსპერიმენტულ პირობებში საშუალო პროცენტული შეცდომის (AMPE) ცვალებადობისა და გაურკვევლობის ვიზუალურად აღსაწერად. ინდივიდუალური AMPE მნიშვნელობების გამოსახვის ნაცვლად (რადგან AMPE მნიშვნელობების გამოსახვამ შეიძლება დაჩრდილოს ტენდენციები და გაზვიადოს მცირე ვარიაციები), ჩვენ შეცდომის ზოლებს 5%-იანი წესის გამოყენებით გამოვთვალეთ. ეს მიდგომა უზრუნველყოფს, რომ თითოეული შეცდომის ზოლი წარმოადგენს ინტერვალს, რომლის ფარგლებშიც მოსალოდნელია 95%-იანი სანდოობის ინტერვალი და AMPE მნიშვნელობების 100% მოხვდეს, რითაც თითოეული ექსპერიმენტული პირობისთვის მონაცემთა განაწილების უფრო მკაფიო და ლაკონურ შეჯამებას იძლევა. 5%-იან წესზე დაფუძნებული შეცდომის ზოლების გამოყენება აუმჯობესებს გრაფიკული წარმოდგენების ინტერპრეტაციას და სანდოობას და ხელს უწყობს შედეგებისა და მათი შედეგების უფრო დეტალურ გაგებას.
ბუნებრივი ღრმა ევტექტიკური გამხსნელების (NADES) სინთეზის დროს, საკუთარი მომზადების პროცესში ყურადღებით იქნა შესწავლილი რამდენიმე ძირითადი პარამეტრი. ეს კრიტიკული ფაქტორებია ტემპერატურა, მოლური თანაფარდობა და შერევის სიჩქარე. ჩვენი ექსპერიმენტები აჩვენებს, რომ როდესაც HBA (ლიმონმჟავა) და HBD (გლიცეროლი) შერეულია 1:4 მოლური თანაფარდობით 50°C ტემპერატურაზე, წარმოიქმნება ევტექტიკური ნარევი. ევტექტიკური ნარევის გამორჩეული თვისებაა მისი გამჭვირვალე, ერთგვაროვანი გარეგნობა და ნალექის არარსებობა. ამრიგად, ეს მნიშვნელოვანი ნაბიჯი ხაზს უსვამს მოლური თანაფარდობის, ტემპერატურისა და შერევის სიჩქარის მნიშვნელობას, რომელთა შორის მოლური თანაფარდობა იყო ყველაზე გავლენიანი ფაქტორი DES-ისა და NADES-ის მომზადებაში, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 2-ში.
გარდატეხის ინდექსი (n) გამოხატავს სინათლის სიჩქარის თანაფარდობას ვაკუუმში სინათლის სიჩქარესა და მეორე, უფრო მკვრივ გარემოში სინათლის სიჩქარეს შორის. გარდატეხის ინდექსი განსაკუთრებით საინტერესოა ბუნებრივი ღრმა ევტექტიკური გამხსნელებისთვის (NADES), როდესაც განვიხილავთ ოპტიკურად მგრძნობიარე აპლიკაციებს, როგორიცაა ბიოსენსორები. შესწავლილი NADES-ის გარდატეხის ინდექსი 25°C ტემპერატურაზე იყო 1.452, რაც საინტერესოდ დაბალია გლიცეროლის ინდექსთან შედარებით.
აღსანიშნავია, რომ NADES-ის გარდატეხის ინდექსი ტემპერატურის მატებასთან ერთად მცირდება და ეს ტენდენცია ზუსტად შეიძლება აღიწეროს ფორმულით (1) და სურათი 3-ით, სადაც აბსოლუტური საშუალო პროცენტული შეცდომა (AMPE) 0%-ს აღწევს. ტემპერატურაზე დამოკიდებული ეს ქცევა აიხსნება სიბლანტისა და სიმკვრივის შემცირებით მაღალ ტემპერატურაზე, რაც იწვევს სინათლის უფრო მაღალი სიჩქარით გავრცელებას გარემოში, რაც იწვევს გარდატეხის ინდექსის (n) დაბალ მნიშვნელობას. ეს შედეგები ღირებულ ინფორმაციას იძლევა NADES-ის სტრატეგიული გამოყენების შესახებ ოპტიკურ ზონდირებაში, რაც ხაზს უსვამს მათ პოტენციალს ბიოსენსორული გამოყენებისთვის.
ზედაპირული დაჭიმულობა, რომელიც ასახავს სითხის ზედაპირის მიდრეკილებას, მინიმუმამდე დაიყვანოს მისი ფართობი, დიდი მნიშვნელობისაა ბუნებრივი ღრმა ევტექტიკური გამხსნელების (NADES) კაპილარული წნევაზე დაფუძნებული აპლიკაციებისთვის შესაფერისობის შეფასებისას. 25–60 °C ტემპერატურის დიაპაზონში ზედაპირული დაჭიმულობის შესწავლა ღირებულ ინფორმაციას გვაწვდის. 25 °C-ზე ლიმონმჟავაზე დაფუძნებული NADES-ის ზედაპირული დაჭიმულობა იყო 55.42 მნ/მ, რაც მნიშვნელოვნად დაბალია წყლისა და გლიცეროლის ზედაპირულ დაჭიმულობაზე. სურათი 4 გვიჩვენებს, რომ ზედაპირული დაჭიმულობა მნიშვნელოვნად მცირდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად. ეს ფენომენი შეიძლება აიხსნას მოლეკულური კინეტიკური ენერგიის ზრდით და შემდგომში მოლეკულათშორისი მიმზიდველი ძალების შემცირებით.
შესწავლილ NADES-ში დაფიქსირებული ზედაპირული დაჭიმულობის წრფივი კლების ტენდენცია კარგად შეიძლება გამოისახოს განტოლებით (2), რომელიც ასახავს ძირითად მათემატიკურ დამოკიდებულებას 25–60 °C ტემპერატურის დიაპაზონში. ნახაზი 4-ზე მოცემული გრაფიკი ნათლად ასახავს ზედაპირული დაჭიმულობის ტენდენციას ტემპერატურასთან 1.4%-იანი აბსოლუტური საშუალო პროცენტული შეცდომით (AMPE), რაც რაოდენობრივად განსაზღვრავს ზედაპირული დაჭიმულობის მნიშვნელობების სიზუსტეს. ამ შედეგებს მნიშვნელოვანი გავლენა აქვს NADES-ის ქცევისა და მისი პოტენციური გამოყენების გაგებაზე.
ბუნებრივი ღრმა ევტექტიკური გამხსნელების (NADES) სიმკვრივის დინამიკის გაგება უმნიშვნელოვანესია მათი მრავალ სამეცნიერო კვლევაში გამოყენების ხელშესაწყობად. ლიმონმჟავაზე დაფუძნებული NADES-ის სიმკვრივე 25°C ტემპერატურაზე 1.361 გ/სმ3-ია, რაც უფრო მაღალია, ვიდრე საწყისი გლიცეროლის სიმკვრივე. ეს განსხვავება შეიძლება აიხსნას გლიცეროლში წყალბადის ბმის აქცეპტორის (ლიმონმჟავას) დამატებით.
ციტრატზე დაფუძნებული NADES-ის მაგალითის სახით, მისი სიმკვრივე 60°C ტემპერატურაზე 1.19 გ/სმ3-მდე ეცემა. გაცხელებისას კინეტიკური ენერგიის ზრდა იწვევს NADES მოლეკულების გაფანტვას, რაც იწვევს მათ უფრო დიდი მოცულობის დაკავებას, რაც იწვევს სიმკვრივის შემცირებას. სიმკვრივის დაკვირვებული შემცირება აჩვენებს გარკვეულ წრფივ კორელაციას ტემპერატურის მატებასთან, რაც სწორად შეიძლება გამოისახოს ფორმულით (3). სურათი 5 გრაფიკულად წარმოადგენს NADES სიმკვრივის ცვლილების ამ მახასიათებლებს 1.12%-იანი აბსოლუტური საშუალო პროცენტული შეცდომით (AMPE), რაც უზრუნველყოფს მოხსენებული სიმკვრივის მნიშვნელობების სიზუსტის რაოდენობრივ საზომს.
სიბლანტე არის მოძრავი სითხის სხვადასხვა ფენებს შორის მიმზიდველი ძალა და მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ბუნებრივი ღრმა ევტექტიკური გამხსნელების (NADES) სხვადასხვა გამოყენებადობის გაგებაში. 25°C-ზე NADES-ის სიბლანტე იყო 951 cP, რაც უფრო მაღალია, ვიდრე გლიცეროლის.
ტემპერატურის მატებასთან ერთად სიბლანტის დაფიქსირებული შემცირება ძირითადად აიხსნება მოლეკულათშორისი მიზიდულობის ძალების შესუსტებით. ეს ფენომენი იწვევს სითხის სიბლანტის შემცირებას, რაც ნათლად არის ნაჩვენები ნახაზ 6-ში და რაოდენობრივად განსაზღვრულია განტოლებით (4). აღსანიშნავია, რომ 60°C-ზე სიბლანტე ეცემა 898 cP-მდე, 1.4%-იანი საშუალო პროცენტული შეცდომით (AMPE). NADES-ში სიბლანტისა და ტემპერატურის დამოკიდებულების დეტალურ გაგებას დიდი მნიშვნელობა აქვს მისი პრაქტიკული გამოყენებისთვის.
ხსნარის pH, რომელიც განისაზღვრება წყალბადის იონების კონცენტრაციის უარყოფითი ლოგარითმით, კრიტიკულად მნიშვნელოვანია, განსაკუთრებით pH-მგრძნობიარე აპლიკაციებში, როგორიცაა დნმ-ის სინთეზი, ამიტომ გამოყენებამდე NADES-ის pH ყურადღებით უნდა იქნას შესწავლილი. ლიმონმჟავაზე დაფუძნებული NADES-ის მაგალითის სახით, შეიძლება დაფიქსირდეს 1.91-ის ტოლი მკვეთრად მჟავე pH, რაც მკვეთრად ეწინააღმდეგება გლიცეროლის შედარებით ნეიტრალურ pH-ს.
საინტერესოა, რომ ბუნებრივი ლიმონმჟავას დეჰიდროგენაზას ხსნადი გამხსნელის (NADES) pH-მა ტემპერატურის მატებასთან ერთად არაწრფივი კლების ტენდენცია აჩვენა. ეს ფენომენი განპირობებულია მოლეკულური ვიბრაციების ზრდით, რომლებიც არღვევენ H+ ბალანსს ხსნარში, რაც იწვევს [H]+ იონების წარმოქმნას და, თავის მხრივ, pH-ის მნიშვნელობის ცვლილებას. მიუხედავად იმისა, რომ ლიმონმჟავას ბუნებრივი pH 3-დან 5-მდე მერყეობს, გლიცეროლში მჟავე წყალბადის არსებობა კიდევ უფრო ამცირებს pH-ს 1.91-მდე.
ციტრატზე დაფუძნებული NADES-ის pH-ის ქცევა 25–60 °C ტემპერატურის დიაპაზონში შესაბამისად შეიძლება წარმოდგენილი იყოს განტოლებით (5), რომელიც იძლევა დაკვირვებული pH ტენდენციის მათემატიკურ გამოსახულებას. სურათი 7 გრაფიკულად ასახავს ამ საინტერესო ურთიერთობას, რომელიც ხაზს უსვამს ტემპერატურის გავლენას NADES-ის pH-ზე, რომელიც, როგორც აღნიშნულია, AMPE-სთვის 1.4%-ია.
ბუნებრივი ლიმონმჟავას ღრმა ევტექტიკური გამხსნელის (NADES) თერმოგრავიმეტრიული ანალიზი (TGA) სისტემატურად ჩატარდა ოთახის ტემპერატურიდან 500°C ტემპერატურის დიაპაზონში. როგორც ჩანს ნახაზი 8ა და ბ-დან, 100°C-მდე საწყისი მასის დანაკარგი ძირითადად განპირობებული იყო შეწოვილი წყლით და ლიმონმჟავასთან და სუფთა გლიცეროლთან ასოცირებული ჰიდრატაციის წყლით. 180°C-მდე დაფიქსირდა მასის მნიშვნელოვანი შეკავება, დაახლოებით 88%, რაც ძირითადად განპირობებული იყო ლიმონმჟავას აკონიტის მჟავად დაშლით და შემდგომი გაცხელებისას მეთილმალეინის ანჰიდრიდის (III) წარმოქმნით (ნახაზი 8ბ). 180°C-ზე ზემოთ, გლიცეროლში ასევე შეინიშნებოდა აკროლეინის (აკრილალდეჰიდის) მკაფიო გამოჩენა, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზი 8ბ37-ზე.
გლიცეროლის თერმოგრავიმეტრიულმა ანალიზმა (TGA) გამოავლინა მასის ორეტაპიანი დაკარგვის პროცესი. საწყისი ეტაპი (180-დან 220 °C-მდე) მოიცავს აკროლეინის წარმოქმნას, რასაც მოჰყვება მასის მნიშვნელოვანი დანაკარგი მაღალ ტემპერატურაზე 230-დან 300 °C-მდე (სურათი 8ა). ტემპერატურის მატებასთან ერთად, აცეტალდეჰიდი, ნახშირორჟანგი, მეთანი და წყალბადი თანმიმდევრობით წარმოიქმნება. აღსანიშნავია, რომ მასის მხოლოდ 28% შენარჩუნდა 300 °C-ზე, რაც იმაზე მიუთითებს, რომ NADES 8(a)38,39-ის შინაგანი თვისებები შეიძლება დეფექტური იყოს.
ახალი ქიმიური ბმების წარმოქმნის შესახებ ინფორმაციის მისაღებად, ბუნებრივი ღრმა ევტექტიკური გამხსნელების (NADES) ახლად მომზადებული სუსპენზიები გაანალიზდა ფურიეს გარდაქმნის ინფრაწითელი სპექტროსკოპიის (FTIR) გამოყენებით. ანალიზი ჩატარდა NADES სუსპენზიის სპექტრის სუფთა ლიმონმჟავას (CA) და გლიცეროლის (Gly) სპექტრებთან შედარებით. CA სპექტრმა აჩვენა მკაფიო პიკები 1752 1/cm და 1673 1/cm-ზე, რომლებიც წარმოადგენს C=O ბმის გაჭიმვის ვიბრაციებს და ასევე დამახასიათებელია CA-სთვის. გარდა ამისა, თითის ანაბეჭდის რეგიონში დაფიქსირდა OH მოხრის ვიბრაციის მნიშვნელოვანი ცვლილება 1360 1/cm-ზე, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 9-ზე.
ანალოგიურად, გლიცეროლის შემთხვევაში, OH გაჭიმვისა და მოხრის ვიბრაციების ძვრები აღმოჩნდა შესაბამისად 3291 1/სმ და 1414 1/სმ ტალღურ რიცხვებზე. ახლა, მომზადებული NADES-ის სპექტრის ანალიზით, აღმოჩნდა სპექტრის მნიშვნელოვანი ძვრა. როგორც ნაჩვენებია ნახაზ 7-ში, C=O ბმის გაჭიმვის ვიბრაცია გადაადგილდა 1752 1/სმ-დან 1720 1/სმ-მდე, ხოლო გლიცეროლის -OH ბმის მოხრის ვიბრაცია გადაადგილდა 1414 1/სმ-დან 1359 1/სმ-მდე. ტალღურ რიცხვებში ეს ძვრები მიუთითებს ელექტროუარყოფითობის ცვლილებაზე, რაც მიუთითებს NADES-ის სტრუქტურაში ახალი ქიმიური ბმების წარმოქმნაზე.