nature.com ला भेट दिल्याबद्दल धन्यवाद. तुम्ही वापरत असलेल्या ब्राउझर आवृत्तीला मर्यादित CSS सपोर्ट आहे. सर्वोत्तम अनुभवासाठी, आम्ही नवीनतम ब्राउझर आवृत्ती वापरण्याची शिफारस करतो (किंवा इंटरनेट एक्सप्लोररमध्ये सुसंगतता मोड बंद करा). याव्यतिरिक्त, सतत सपोर्ट सुनिश्चित करण्यासाठी, या साइटमध्ये शैली किंवा JavaScript समाविष्ट नसेल.
क्लॅस्टिक जलाशयांमध्ये शेल विस्तारामुळे लक्षणीय समस्या निर्माण होतात, ज्यामुळे विहिरी अस्थिरता येते. पर्यावरणीय कारणांमुळे, तेल-आधारित ड्रिलिंग द्रवपदार्थापेक्षा शेल इनहिबिटरसह पाण्यावर आधारित ड्रिलिंग द्रवपदार्थाचा वापर करणे पसंत केले जाते. आयनिक द्रवपदार्थ (ILs) त्यांच्या ट्युनेबल गुणधर्मांमुळे आणि मजबूत इलेक्ट्रोस्टॅटिक वैशिष्ट्यांमुळे शेल इनहिबिटर म्हणून बरेच लक्ष वेधून घेतात. तथापि, ड्रिलिंग द्रवपदार्थांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाणारे इमिडाझोलिल-आधारित आयनिक द्रवपदार्थ (ILs) विषारी, नॉन-बायोडिग्रेडेबल आणि महाग असल्याचे सिद्ध झाले आहे. डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट्स (DES) हे आयनिक द्रवपदार्थांसाठी अधिक किफायतशीर आणि कमी विषारी पर्याय मानले जातात, परंतु तरीही ते आवश्यक पर्यावरणीय शाश्वततेपर्यंत कमी पडतात. या क्षेत्रातील अलीकडील प्रगतीमुळे नैसर्गिक डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट्स (NADES) ची ओळख झाली आहे, जे त्यांच्या खऱ्या पर्यावरणीय मैत्रीसाठी ओळखले जातात. या अभ्यासात NADES चा शोध घेण्यात आला, ज्यामध्ये सायट्रिक ऍसिड (हायड्रोजन बॉन्ड स्वीकारणारा म्हणून) आणि ग्लिसरॉल (हायड्रोजन बॉन्ड दाता म्हणून) ड्रिलिंग द्रवपदार्थ म्हणून असतात. NADES-आधारित ड्रिलिंग द्रवपदार्थ API 13B-1 नुसार विकसित केले गेले आणि त्यांच्या कामगिरीची तुलना पोटॅशियम क्लोराईड-आधारित ड्रिलिंग द्रवपदार्थ, इमिडाझोलियम-आधारित आयनिक द्रवपदार्थ आणि कोलाइन क्लोराईड: युरिया-DES-आधारित ड्रिलिंग द्रवपदार्थांशी केली गेली. मालकीच्या NADES च्या भौतिक-रासायनिक गुणधर्मांचे तपशीलवार वर्णन केले आहे. अभ्यासादरम्यान ड्रिलिंग द्रवपदार्थाचे रिओलॉजिकल गुणधर्म, द्रवपदार्थाचे नुकसान आणि शेल प्रतिबंध गुणधर्मांचे मूल्यांकन केले गेले आणि असे दिसून आले की 3% NADES च्या एकाग्रतेवर, उत्पन्न ताण/प्लास्टिक व्हिस्कोसिटी रेशो (YP/PV) वाढला, मड केकची जाडी 26% ने कमी झाली आणि फिल्ट्रेट व्हॉल्यूम 30.1% ने कमी झाला. उल्लेखनीय म्हणजे, NADES ने 49.14% चा प्रभावी विस्तार प्रतिबंध दर साध्य केला आणि शेल उत्पादन 86.36% ने वाढवले. हे परिणाम NADES च्या पृष्ठभागाच्या क्रियाकलाप, झेटा क्षमता आणि क्लेच्या आंतरस्तरीय अंतरामध्ये बदल करण्याच्या क्षमतेमुळे आहेत, ज्याची चर्चा अंतर्निहित यंत्रणा समजून घेण्यासाठी या पेपरमध्ये केली आहे. हे शाश्वत ड्रिलिंग फ्लुइड पारंपारिक शेल कॉरोजन इनहिबिटरना एक गैर-विषारी, किफायतशीर आणि अत्यंत प्रभावी पर्याय प्रदान करून ड्रिलिंग उद्योगात क्रांती घडवून आणेल अशी अपेक्षा आहे, ज्यामुळे पर्यावरणपूरक ड्रिलिंग पद्धतींचा मार्ग मोकळा होईल.
शेल हा एक बहुमुखी खडक आहे जो हायड्रोकार्बन्सचा स्रोत आणि जलाशय दोन्ही म्हणून काम करतो आणि त्याची सच्छिद्र रचना1 या मौल्यवान संसाधनांचे उत्पादन आणि साठवणूक दोन्हीसाठी क्षमता प्रदान करते. तथापि, शेलमध्ये मॉन्टमोरिलोनाइट, स्मेक्टाइट, काओलिनाइट आणि इलाइट सारख्या चिकणमाती खनिजे समृद्ध असतात, ज्यामुळे पाण्याच्या संपर्कात आल्यावर ते सूजते, ज्यामुळे ड्रिलिंग ऑपरेशन्स दरम्यान विहिरी अस्थिरता येते2,3. या समस्यांमुळे उत्पादक वेळ (NPT) आणि अडकलेल्या पाईप्स, चिखलाचे अभिसरण गमावणे, विहिरी कोसळणे आणि बिट फाउलिंग, पुनर्प्राप्ती वेळ आणि खर्च वाढणे यासारख्या अनेक ऑपरेशनल समस्या उद्भवू शकतात. पारंपारिकपणे, तेल-आधारित ड्रिलिंग फ्लुइड्स (OBDF) हे शेल फॉर्मेशनसाठी पसंतीचे पर्याय राहिले आहेत कारण ते शेल विस्तारास प्रतिकार करण्याची क्षमता ठेवतात4. तथापि, तेल-आधारित ड्रिलिंग फ्लुइड्सचा वापर जास्त खर्च आणि पर्यावरणीय जोखीम आणतो. सिंथेटिक-आधारित ड्रिलिंग फ्लुइड्स (SBDF) हा पर्याय म्हणून विचारात घेतला गेला आहे, परंतु उच्च तापमानात त्यांची योग्यता असमाधानकारक आहे. पाण्यावर आधारित ड्रिलिंग फ्लुइड्स (WBDF) हे एक आकर्षक उपाय आहेत कारण ते OBDF5 पेक्षा सुरक्षित, अधिक पर्यावरणास अनुकूल आणि अधिक किफायतशीर आहेत. WBDF ची शेल इनहिबिशन क्षमता वाढविण्यासाठी विविध शेल इनहिबिटरचा वापर केला गेला आहे, ज्यामध्ये पोटॅशियम क्लोराईड, चुना, सिलिकेट आणि पॉलिमर सारख्या पारंपारिक इनहिबिटरचा समावेश आहे. तथापि, या इनहिबिटरना प्रभावीपणा आणि पर्यावरणीय प्रभावाच्या बाबतीत मर्यादा आहेत, विशेषतः पोटॅशियम क्लोराईड इनहिबिटरमध्ये उच्च K+ एकाग्रता आणि सिलिकेट्सची pH संवेदनशीलता यामुळे. 6 संशोधकांनी ड्रिलिंग फ्लुइड रिओलॉजी सुधारण्यासाठी आणि शेल सूज आणि हायड्रेट निर्मिती रोखण्यासाठी ड्रिलिंग फ्लुइड अॅडिटीव्ह म्हणून आयनिक द्रव वापरण्याची शक्यता शोधली आहे. तथापि, हे आयनिक द्रव, विशेषतः इमिडाझोलिल कॅशन्स असलेले, सामान्यतः विषारी, महागडे, नॉन-बायोडिग्रेडेबल असतात आणि त्यांना जटिल तयारी प्रक्रिया आवश्यक असतात. या समस्या सोडवण्यासाठी, लोकांनी अधिक किफायतशीर आणि पर्यावरणास अनुकूल पर्याय शोधण्यास सुरुवात केली, ज्यामुळे डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट्स (DES) उदयास आले. DES हे हायड्रोजन बॉन्ड डोनर (HBD) आणि हायड्रोजन बॉन्ड अ‍ॅक्सेप्टर (HBA) द्वारे विशिष्ट मोलर रेशो आणि तापमानावर तयार केलेले युटेक्टिक मिश्रण आहे. या युटेक्टिक मिश्रणांमध्ये त्यांच्या वैयक्तिक घटकांपेक्षा कमी वितळण्याचे बिंदू असतात, प्रामुख्याने हायड्रोजन बंधांमुळे होणाऱ्या चार्ज डिलोकलायझेशनमुळे. जाळीची ऊर्जा, एन्ट्रॉपी बदल आणि आयन आणि HBD मधील परस्परसंवाद यासह अनेक घटक DES चा वितळण्याचा बिंदू कमी करण्यात महत्त्वाची भूमिका बजावतात.
मागील अभ्यासांमध्ये, शेल विस्तार समस्येचे निराकरण करण्यासाठी पाण्यावर आधारित ड्रिलिंग द्रवपदार्थात विविध पदार्थ जोडले गेले. उदाहरणार्थ, ओफेई आणि इतरांनी 1-ब्यूटिल-3-मेथिलिमिडाझोलियम क्लोराईड (BMIM-Cl) जोडले, ज्यामुळे मड केकची जाडी लक्षणीयरीत्या कमी झाली (50% पर्यंत) आणि वेगवेगळ्या तापमानांवर YP/PV मूल्य 11 ने कमी झाले. हुआंग आणि इतरांनी Na-Bt कणांसह आयनिक द्रव (विशेषतः, 1-हेक्सिल-3-मेथिलिमिडाझोलियम ब्रोमाइड आणि 1,2-bis(3-हेक्सिलिमडाझोल-1-yl) इथेन ब्रोमाइड) वापरले आणि शेल सूज अनुक्रमे 86.43% आणि 94.17% ने लक्षणीयरीत्या कमी केली. 12. याव्यतिरिक्त, यांग आणि इतरांनी शेल सूज अनुक्रमे 16.91% आणि 5.81% ने कमी करण्यासाठी 1-विनाइल-3-डोडेसिलिमडाझोलियम ब्रोमाइड आणि 1-विनाइल-3-टेट्राडेसिलिमडाझोलियम ब्रोमाइड वापरले. १३ यांग आणि इतरांनी १-विनाइल-३-एथिलिमिडाझोलियम ब्रोमाइडचा वापर केला आणि शेलचा विस्तार ३१.६२% ने कमी केला तर शेल रिकव्हरी ४०.६०% वर राखली. १४ याव्यतिरिक्त, लुओ आणि इतरांनी शेल सूज ८०% ने कमी करण्यासाठी १-ऑक्टिल-३-मेथिलिमिडाझोलियम टेट्राफ्लोरोबोरेटचा वापर केला. १५, १६ दाई आणि इतरांनी शेलला रोखण्यासाठी आयनिक द्रव कोपॉलिमरचा वापर केला आणि अमाइन इनहिबिटरच्या तुलनेत रेषीय रिकव्हरीमध्ये १८% वाढ साध्य केली. १७
आयोनिक द्रवपदार्थांचे स्वतःचे काही तोटे आहेत, ज्यामुळे शास्त्रज्ञांना आयोनिक द्रवपदार्थांसाठी अधिक पर्यावरणपूरक पर्याय शोधण्यास प्रवृत्त केले आणि अशा प्रकारे DES चा जन्म झाला. हांजिया हा पहिला होता ज्याने व्हाइनिल क्लोराइड प्रोपियोनिक ऍसिड (1:1), व्हाइनिल क्लोराइड 3-फेनिलप्रोपियोनिक ऍसिड (1:2), आणि 3-मर्कॅप्टोप्रोपियोनिक ऍसिड + इटाकोनिक ऍसिड + व्हाइनिल क्लोराइड (1:1:2) असलेले डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट्स (DES) वापरले, ज्यामुळे बेंटोनाइटची सूज अनुक्रमे 68%, 58% आणि 58% ने रोखली. एका मोफत प्रयोगात, MH रसूलने ग्लिसरॉल आणि पोटॅशियम कार्बोनेट (DES) चे 2:1 गुणोत्तर वापरले आणि शेल नमुन्यांमधील सूज 87% ने लक्षणीयरीत्या कमी केली. 19,20. माने शेलचा विस्तार 67% ने कमी करण्यासाठी युरिया:विनाइल क्लोराइडचा वापर केला.21 रसूल आणि इतर. DES आणि पॉलिमरचे संयोजन दुहेरी-क्रिया शेल इनहिबिटर म्हणून वापरले गेले, ज्यामुळे उत्कृष्ट शेल इनहिबिशन इफेक्ट22 प्राप्त झाला.
जरी डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट्स (DES) हे सामान्यतः आयनिक द्रवपदार्थांसाठी हिरवेगार पर्याय मानले जातात, तरीही त्यामध्ये अमोनियम क्षारांसारखे संभाव्य विषारी घटक देखील असतात, ज्यामुळे त्यांची पर्यावरणपूरकता प्रश्नचिन्ह निर्माण होते. या समस्येमुळे नैसर्गिक डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट्स (NADES) विकसित झाले आहेत. ते अजूनही DES म्हणून वर्गीकृत आहेत, परंतु ते पोटॅशियम क्लोराईड (KCl), कॅल्शियम क्लोराईड (CaCl2), एप्सम सॉल्ट्स (MgSO4.7H2O) आणि इतरांसह नैसर्गिक पदार्थ आणि क्षारांपासून बनलेले आहेत. DES आणि NADES च्या असंख्य संभाव्य संयोजनांमुळे या क्षेत्रात संशोधनासाठी विस्तृत संधी उपलब्ध होतात आणि विविध क्षेत्रात त्यांचा वापर होण्याची अपेक्षा आहे. अनेक संशोधकांनी यशस्वीरित्या नवीन DES संयोजने विकसित केली आहेत जी विविध अनुप्रयोगांमध्ये प्रभावी सिद्ध झाली आहेत. उदाहरणार्थ, नासर एट अल. २०१३ मध्ये पोटॅशियम कार्बोनेट-आधारित DES संश्लेषित केले आणि त्याच्या थर्मोफिजिकल गुणधर्मांचा अभ्यास केला, ज्याने नंतर हायड्रेट प्रतिबंध, ड्रिलिंग फ्लुइड अॅडिटीव्ह, डिलिग्निफिकेशन आणि नॅनोफायब्रिलेशन या क्षेत्रात अनुप्रयोग आढळले. २३ जॉर्डी किम आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी एस्कॉर्बिक अॅसिड-आधारित NADES विकसित केले आणि विविध अनुप्रयोगांमध्ये त्याच्या अँटिऑक्सिडंट गुणधर्मांचे मूल्यांकन केले. २४ क्रिस्टर आणि इतरांनी सायट्रिक अॅसिड-आधारित NADES विकसित केले आणि कोलेजन उत्पादनांसाठी सहायक म्हणून त्याची क्षमता ओळखली. २५ लिऊ यी आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी एका व्यापक पुनरावलोकनात NADES च्या एक्सट्रॅक्शन आणि क्रोमॅटोग्राफी माध्यमांच्या अनुप्रयोगांचा सारांश दिला, तर मिसान आणि इतरांनी कृषी-अन्न क्षेत्रात NADES च्या यशस्वी अनुप्रयोगांवर चर्चा केली. ड्रिलिंग फ्लुइड संशोधकांनी त्यांच्या अनुप्रयोगांमध्ये NADES च्या प्रभावीतेकडे लक्ष देणे सुरू करणे अत्यावश्यक आहे. अलिकडेच. २०२३ मध्ये, रसूल आणि इतरांनी एस्कॉर्बिक अॅसिड२६, कॅल्शियम क्लोराइड२७, पोटॅशियम क्लोराइड२८ आणि एप्सम सॉल्ट२९ वर आधारित नैसर्गिक खोल युटेक्टिक सॉल्व्हेंट्सच्या वेगवेगळ्या संयोजनांचा वापर केला आणि प्रभावी शेल इनहिबिशन आणि शेल रिकव्हरी साध्य केली. हा अभ्यास पाण्यावर आधारित ड्रिलिंग द्रवपदार्थांमध्ये पर्यावरणपूरक आणि प्रभावी शेल इनहिबिटर म्हणून NADES (विशेषतः सायट्रिक ऍसिड आणि ग्लिसरॉल-आधारित फॉर्म्युलेशन) सादर करणाऱ्या पहिल्या अभ्यासांपैकी एक आहे, ज्यामध्ये KCl, इमिडाझोलिल-आधारित आयनिक द्रवपदार्थ आणि पारंपारिक DES सारख्या पारंपारिक इनहिबिटरच्या तुलनेत उत्कृष्ट पर्यावरणीय स्थिरता, सुधारित शेल इनहिबिशन क्षमता आणि सुधारित द्रव कार्यक्षमता आहे.
या अभ्यासात सायट्रिक ऍसिड (CA) आधारित NADES ची इन-हाऊस तयारी आणि त्यानंतर तपशीलवार भौतिक-रासायनिक वैशिष्ट्यीकरण आणि ड्रिलिंग फ्लुइड अॅडिटीव्ह म्हणून त्याचा वापर ड्रिलिंग फ्लुइड गुणधर्म आणि त्याच्या सूज प्रतिबंध क्षमतेचे मूल्यांकन करण्यासाठी केला जाईल. या अभ्यासात, CA हायड्रोजन बॉन्ड स्वीकारणारा म्हणून काम करेल तर ग्लिसरॉल (Gly) शेल इनहिबिशन अभ्यासांमध्ये NADES निर्मिती/निवडीसाठी MH स्क्रीनिंग निकषांवर आधारित निवडलेला हायड्रोजन बॉन्ड दाता म्हणून काम करेल. फूरियर ट्रान्सफॉर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (FTIR), एक्स-रे डिफ्रॅक्शन (XRD) आणि झेटा पोटेंशियल (ZP) मोजमाप NADES-क्ले परस्परसंवाद आणि क्ले सूज प्रतिबंधातील अंतर्निहित यंत्रणा स्पष्ट करतील. याव्यतिरिक्त, हा अभ्यास CA NADES आधारित ड्रिलिंग फ्लुइडची तुलना 1-इथिल-3-मेथिलिमिडाझोलियम क्लोराइड [EMIM]Cl7,12,14,17,31, KCl आणि कोलाइन क्लोराइड: युरिया (1:2) वर आधारित DES32 शी करेल जेणेकरून शेल इनहिबिशनमध्ये आणि ड्रिलिंग फ्लुइड कामगिरी सुधारण्यात त्यांची प्रभावीता तपासता येईल.
सायट्रिक आम्ल (मोनोहायड्रेट), ग्लिसरॉल (99 यूएसपी) आणि युरिया हे इवाकेम, क्वालालंपूर, मलेशिया येथून खरेदी केले गेले. कोलाइन क्लोराइड (>98%), [EMIM]Cl 98% आणि पोटॅशियम क्लोराइड हे सिग्मा अल्ड्रिक, मलेशिया येथून खरेदी केले गेले. सर्व रसायनांच्या रासायनिक रचना आकृती 1 मध्ये दर्शविल्या आहेत. हिरव्या आकृतीमध्ये या अभ्यासात वापरल्या जाणाऱ्या मुख्य रसायनांची तुलना केली आहे: इमिडाझोलिल आयनिक द्रव, कोलाइन क्लोराइड (DES), सायट्रिक आम्ल, ग्लिसरॉल, पोटॅशियम क्लोराइड आणि NADES (सायट्रिक आम्ल आणि ग्लिसरॉल). या अभ्यासात वापरल्या जाणाऱ्या रसायनांचा पर्यावरणपूरक तक्ता तक्ता तक्ता 1 मध्ये सादर केला आहे. तक्त्यामध्ये, प्रत्येक रसायनाचे विषारीपणा, जैवविघटनशीलता, किंमत आणि पर्यावरणीय शाश्वतता यावर आधारित मूल्यांकन केले आहे.
या अभ्यासात वापरल्या जाणाऱ्या पदार्थांची रासायनिक रचना: (a) सायट्रिक आम्ल, (b) [EMIM]Cl, (c) कोलाइन क्लोराईड आणि (d) ग्लिसरॉल.
CA (नैसर्गिक खोल युटेक्टिक सॉल्व्हेंट) आधारित NADES च्या विकासासाठी हायड्रोजन बॉन्ड डोनर (HBD) आणि हायड्रोजन बॉन्ड अ‍ॅक्सेप्टर (HBA) उमेदवारांची निवड MH 30 निवड निकषांनुसार काळजीपूर्वक करण्यात आली होती, जे NADES ला प्रभावी शेल इनहिबिटर म्हणून विकसित करण्यासाठी आहेत. या निकषानुसार, मोठ्या संख्येने हायड्रोजन बॉन्ड डोनर आणि अ‍ॅक्सेप्टर्स तसेच ध्रुवीय कार्यात्मक गट असलेले घटक NADES च्या विकासासाठी योग्य मानले जातात.
याशिवाय, या अभ्यासात तुलना करण्यासाठी आयनिक द्रव [EMIM]Cl आणि कोलाइन क्लोराईड: युरिया डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट (DES) निवडले गेले कारण ते ड्रिलिंग फ्लुइड अॅडिटीव्ह म्हणून मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात33,34,35,36. याव्यतिरिक्त, पोटॅशियम क्लोराईड (KCl) ची तुलना करण्यात आली कारण ते एक सामान्य अवरोधक आहे.
युटेक्टिक मिश्रण मिळविण्यासाठी वेगवेगळ्या मोलर रेशोमध्ये सायट्रिक अॅसिड आणि ग्लिसरॉल मिसळले गेले. दृश्य तपासणीतून असे दिसून आले की युटेक्टिक मिश्रण एकसंध, पारदर्शक द्रव होते ज्यामध्ये गढूळपणा नव्हता, जे दर्शविते की हायड्रोजन बॉन्ड डोनर (HBD) आणि हायड्रोजन बॉन्ड स्वीकारणारा (HBA) या युटेक्टिक रचनेत यशस्वीरित्या मिसळला गेला. HBD आणि HBA च्या मिश्रण प्रक्रियेच्या तापमान-अवलंबित वर्तनाचे निरीक्षण करण्यासाठी प्राथमिक प्रयोग केले गेले. उपलब्ध साहित्यानुसार, युटेक्टिक मिश्रणांचे प्रमाण 50 °C, 70 °C आणि 100 °C वरील तीन विशिष्ट तापमानांवर मूल्यांकन केले गेले, जे दर्शविते की युटेक्टिक तापमान सहसा 50-80 °C च्या श्रेणीत असते. HBD आणि HBA घटकांचे अचूक वजन करण्यासाठी मेटलर डिजिटल बॅलन्स वापरण्यात आला आणि नियंत्रित परिस्थितीत HBD आणि HBA 100 rpm वर गरम करण्यासाठी आणि हलविण्यासाठी थर्मो फिशर हॉट प्लेट वापरण्यात आली.
आमच्या संश्लेषित डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट (DES) चे थर्मोफिजिकल गुणधर्म, ज्यामध्ये घनता, पृष्ठभाग ताण, अपवर्तन निर्देशांक आणि चिकटपणा यांचा समावेश आहे, २८९.१५ ते ३३३.१५ K तापमान श्रेणीवर अचूकपणे मोजले गेले. हे लक्षात घेतले पाहिजे की ही तापमान श्रेणी प्रामुख्याने विद्यमान उपकरणांच्या मर्यादांमुळे निवडली गेली होती. सर्वसमावेशक विश्लेषणात या NADES फॉर्म्युलेशनच्या विविध थर्मोफिजिकल गुणधर्मांचा सखोल अभ्यास समाविष्ट होता, ज्यामुळे तापमानाच्या श्रेणीवर त्यांचे वर्तन उघड झाले. या विशिष्ट तापमान श्रेणीवर लक्ष केंद्रित केल्याने NADES च्या गुणधर्मांबद्दल अंतर्दृष्टी मिळते जी अनेक अनुप्रयोगांसाठी विशेष महत्त्वाची आहेत.
तयार केलेल्या NADES चा पृष्ठभागाचा ताण इंटरफेशियल टेन्शन मीटर (IFT700) वापरून 289.15 ते 333.15 K पर्यंत मोजला गेला. विशिष्ट तापमान आणि दाब परिस्थितीत केशिका सुई वापरून मोठ्या प्रमाणात द्रवाने भरलेल्या चेंबरमध्ये NADES थेंब तयार होतात. आधुनिक इमेजिंग सिस्टम लॅप्लेस समीकरण वापरून इंटरफेशियल टेन्शन मोजण्यासाठी योग्य भौमितिक पॅरामीटर्स सादर करतात.
२८९.१५ ते ३३३.१५ के तापमान श्रेणीवरील नव्याने तयार केलेल्या NADES चा अपवर्तन निर्देशांक निश्चित करण्यासाठी ATAGO रिफ्रॅक्टोमीटर वापरण्यात आला. प्रकाशाच्या अपवर्तनाची डिग्री अंदाज घेण्यासाठी तापमान नियंत्रित करण्यासाठी हे उपकरण थर्मल मॉड्यूल वापरते, ज्यामुळे स्थिर-तापमानाच्या पाण्याच्या स्नानाची आवश्यकता दूर होते. रिफ्रॅक्टोमीटरचा प्रिझम पृष्ठभाग स्वच्छ केला पाहिजे आणि नमुना द्रावण त्यावर समान रीतीने वितरित केला पाहिजे. ज्ञात मानक द्रावणाने कॅलिब्रेट करा आणि नंतर स्क्रीनवरून अपवर्तन निर्देशांक वाचा.
तयार केलेल्या NADES ची स्निग्धता ब्रुकफील्ड रोटेशनल व्हिस्कोमीटर (क्रायोजेनिक प्रकार) वापरून २८९.१५ ते ३३३.१५ K तापमान श्रेणीमध्ये ३० rpm च्या शीअर रेट आणि ६ च्या स्पिंडल आकाराने मोजली गेली. द्रव नमुन्यात स्थिर वेगाने स्पिंडल फिरवण्यासाठी आवश्यक टॉर्क निश्चित करून व्हिस्कोमीटर स्निग्धता मोजतो. नमुना स्पिंडलच्या खाली स्क्रीनवर ठेवल्यानंतर आणि घट्ट केल्यानंतर, व्हिस्कोमीटर सेंटीपॉइस (cP) मध्ये स्निग्धता प्रदर्शित करतो, ज्यामुळे द्रवाच्या रिओलॉजिकल गुणधर्मांबद्दल मौल्यवान माहिती मिळते.
२८९.१५–३३३.१५ के तापमान श्रेणीमध्ये ताज्या तयार केलेल्या नैसर्गिक खोल युटेक्टिक सॉल्व्हेंट (NDEES) ची घनता निश्चित करण्यासाठी पोर्टेबल घनता मीटर DMA ३५ बेसिक वापरण्यात आला. डिव्हाइसमध्ये बिल्ट-इन हीटर नसल्याने, NADES घनता मीटर वापरण्यापूर्वी ते निर्दिष्ट तापमानाला (± २ °C) प्रीहीट करणे आवश्यक आहे. ट्यूबमधून किमान २ मिली नमुना काढा आणि घनता लगेच स्क्रीनवर दिसून येईल. हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की बिल्ट-इन हीटर नसल्यामुळे, मापन परिणामांमध्ये ± २ °C ची त्रुटी आहे.
२८९.१५–३३३.१५ के तापमान श्रेणीमध्ये नव्याने तयार केलेल्या NADES चे pH मूल्यांकन करण्यासाठी, आम्ही केनिस बेंचटॉप pH मीटर वापरले. कोणतेही अंगभूत हीटिंग डिव्हाइस नसल्यामुळे, NADES प्रथम हॉटप्लेट वापरून इच्छित तापमान (±२ °C) पर्यंत गरम केले गेले आणि नंतर थेट pH मीटरने मोजले गेले. pH मीटर प्रोब पूर्णपणे NADES मध्ये बुडवा आणि वाचन स्थिर झाल्यानंतर अंतिम मूल्य रेकॉर्ड करा.
नैसर्गिक खोल युटेक्टिक सॉल्व्हेंट्स (NADES) च्या थर्मल स्थिरतेचे मूल्यांकन करण्यासाठी थर्मोग्रॅव्हिमेट्रिक विश्लेषण (TGA) वापरले गेले. हीटिंग दरम्यान नमुन्यांचे विश्लेषण केले गेले. उच्च-परिशुद्धता संतुलन वापरून आणि हीटिंग प्रक्रियेचे काळजीपूर्वक निरीक्षण करून, तापमानाच्या तुलनेत वस्तुमान नुकसानाचा प्लॉट तयार केला गेला. NADES ला 0 ते 500 °C पर्यंत 1 °C प्रति मिनिट या दराने गरम केले गेले.
प्रक्रिया सुरू करण्यासाठी, NADES नमुना पूर्णपणे मिसळणे, एकसंध करणे आणि पृष्ठभागावरील ओलावा काढून टाकणे आवश्यक आहे. तयार केलेला नमुना नंतर TGA क्युवेटमध्ये ठेवला जातो, जो सामान्यतः अॅल्युमिनियमसारख्या निष्क्रिय पदार्थापासून बनलेला असतो. अचूक परिणाम सुनिश्चित करण्यासाठी, TGA उपकरणे संदर्भ सामग्री वापरून कॅलिब्रेट केली जातात, सामान्यतः वजन मानके. एकदा कॅलिब्रेट केल्यानंतर, TGA प्रयोग सुरू होतो आणि नमुना नियंत्रित पद्धतीने गरम केला जातो, सहसा स्थिर दराने. नमुना वजन आणि तापमान यांच्यातील संबंधांचे सतत निरीक्षण करणे हा प्रयोगाचा एक महत्त्वाचा भाग आहे. TGA उपकरणे तापमान, वजन आणि वायू प्रवाह किंवा नमुना तापमान यासारख्या इतर पॅरामीटर्सवरील डेटा गोळा करतात. TGA प्रयोग पूर्ण झाल्यानंतर, तापमानाचे कार्य म्हणून नमुना वजनातील बदल निश्चित करण्यासाठी गोळा केलेल्या डेटाचे विश्लेषण केले जाते. वितळणे, बाष्पीभवन, ऑक्सिडेशन किंवा विघटन यासारख्या प्रक्रियांसह नमुन्यातील भौतिक आणि रासायनिक बदलांशी संबंधित तापमान श्रेणी निश्चित करण्यासाठी ही माहिती मौल्यवान आहे.
पाण्यावर आधारित ड्रिलिंग द्रवपदार्थ API 13B-1 मानकांनुसार काळजीपूर्वक तयार केला गेला होता आणि त्याची विशिष्ट रचना संदर्भासाठी तक्ता 2 मध्ये सूचीबद्ध आहे. नैसर्गिक खोल युटेक्टिक सॉल्व्हेंट (NADES) तयार करण्यासाठी सिग्मा अल्ड्रिक, मलेशिया येथून सायट्रिक ऍसिड आणि ग्लिसरॉल (99 USP) खरेदी केले गेले होते. याव्यतिरिक्त, पारंपारिक शेल इनहिबिटर पोटॅशियम क्लोराईड (KCl) देखील सिग्मा अल्ड्रिक, मलेशिया येथून खरेदी केले गेले. ड्रिलिंग द्रवपदार्थ आणि शेल इनहिबिशनच्या रिओलॉजीमध्ये सुधारणा करण्यात महत्त्वपूर्ण परिणाम झाल्यामुळे 98% पेक्षा जास्त शुद्धतेसह 1-इथिल, 3-मेथिलिमिडाझोलियम क्लोराईड ([EMIM]Cl) निवडण्यात आले, जे मागील अभ्यासांमध्ये पुष्टी झाली होती. NADES च्या शेल इनहिबिशन कामगिरीचे मूल्यांकन करण्यासाठी तुलनात्मक विश्लेषणात KCl आणि ([EMIM]Cl) दोन्ही वापरले जातील.
शेल सूजचा अभ्यास करण्यासाठी अनेक संशोधक बेंटोनाइट फ्लेक्स वापरणे पसंत करतात कारण बेंटोनाइटमध्ये शेल सूज निर्माण करणारा "मॉन्टमोरिलोनाइट" गट असतो. वास्तविक शेल कोर नमुने मिळवणे आव्हानात्मक आहे कारण कोरिंग प्रक्रिया शेलला अस्थिर करते, परिणामी असे नमुने तयार होतात जे पूर्णपणे शेल नसतात परंतु सामान्यतः वाळूचा खडक आणि चुनखडीच्या थरांचे मिश्रण असतात. याव्यतिरिक्त, शेल नमुन्यांमध्ये सामान्यतः शेल सूज निर्माण करणारे मॉन्टमोरिलोनाइट गट नसतात आणि म्हणून ते सूज प्रतिबंधक प्रयोगांसाठी अयोग्य असतात.
या अभ्यासात, आम्ही अंदाजे २.५४ सेमी व्यासाचे पुनर्रचित बेंटोनाइट कण वापरले. १६०० पीएसआय वर हायड्रॉलिक प्रेसमध्ये ११.५ ग्रॅम सोडियम बेंटोनाइट पावडर दाबून ग्रॅन्युल तयार केले गेले. रेषीय डायलेटोमीटर (एलडी) मध्ये ठेवण्यापूर्वी ग्रॅन्युलची जाडी अचूकपणे मोजली गेली. नंतर कण ड्रिलिंग फ्लुइड नमुन्यांमध्ये बुडवले गेले, ज्यामध्ये बेस नमुने आणि शेल सूज रोखण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या इनहिबिटरसह इंजेक्ट केलेले नमुने समाविष्ट होते. त्यानंतर ग्रॅन्युलच्या जाडीतील बदलाचे काळजीपूर्वक LD वापरून निरीक्षण केले गेले, मोजमाप २४ तासांसाठी ६०-सेकंदांच्या अंतराने नोंदवले गेले.
एक्स-रे डिफ्रॅक्शनने दाखवून दिले की बेंटोनाइटची रचना, विशेषतः त्याचा ४७% मॉन्टमोरिलोनाइट घटक, त्याची भूगर्भीय वैशिष्ट्ये समजून घेण्यासाठी एक महत्त्वाचा घटक आहे. बेंटोनाइटच्या मॉन्टमोरिलोनाइट घटकांपैकी, मॉन्टमोरिलोनाइट हा मुख्य घटक आहे, जो एकूण घटकांपैकी ८८.६% आहे. दरम्यान, क्वार्ट्जचा वाटा २९%, इलाइटचा वाटा ७% आणि कार्बोनेटचा वाटा ९% आहे. एक छोटासा भाग (सुमारे ३.२%) हा इलाइट आणि मॉन्टमोरिलोनाइटचे मिश्रण आहे. याव्यतिरिक्त, त्यात Fe2O3 (४.७%), सिल्व्हर अॅल्युमिनोसिलिकेट (१.२%), मस्कोवाइट (४%) आणि फॉस्फेट (२.३%) सारखे ट्रेस घटक असतात. याव्यतिरिक्त, Na2O (१.८३%) आणि लोह सिलिकेट (२.१७%) कमी प्रमाणात असतात, ज्यामुळे बेंटोनाइटच्या घटक घटकांचे आणि त्यांच्या संबंधित प्रमाणांचे पूर्णपणे मूल्यांकन करणे शक्य होते.
या व्यापक अभ्यास विभागात नैसर्गिक खोल युटेक्टिक सॉल्व्हेंट (NADES) वापरून तयार केलेल्या आणि वेगवेगळ्या सांद्रतेवर (१%, ३% आणि ५%) ड्रिलिंग फ्लुइड अॅडिटीव्ह म्हणून वापरल्या जाणाऱ्या ड्रिलिंग फ्लुइड नमुन्यांचे रिओलॉजिकल आणि फिल्ट्रेशन गुणधर्म तपशीलवार दिले आहेत. त्यानंतर NADES आधारित स्लरी नमुन्यांची तुलना पोटॅशियम क्लोराईड (KCl), CC:युरिया DES (कोलाइन क्लोराईड खोल युटेक्टिक सॉल्व्हेंट:युरिया) आणि आयनिक द्रव असलेल्या स्लरी नमुन्यांशी केली गेली आणि त्यांचे विश्लेषण केले गेले. या अभ्यासात १००°C आणि १५०°C वर वृद्धत्वाच्या परिस्थितीच्या संपर्कात येण्यापूर्वी आणि नंतर FANN व्हिस्कोमीटर वापरून मिळवलेल्या व्हिस्कोसिटी रीडिंगसह अनेक प्रमुख पॅरामीटर्स समाविष्ट केले गेले. मोजमाप वेगवेगळ्या रोटेशन गतीने (३ rpm, ६ rpm, ३०० rpm आणि ६०० rpm) घेतले गेले ज्यामुळे ड्रिलिंग फ्लुइड वर्तनाचे व्यापक विश्लेषण करता येते. नंतर प्राप्त केलेला डेटा उत्पन्न बिंदू (YP) आणि प्लास्टिक व्हिस्कोसिटी (PV) सारखे प्रमुख गुणधर्म निश्चित करण्यासाठी वापरला जाऊ शकतो, जे विविध परिस्थितीत द्रव कामगिरीमध्ये अंतर्दृष्टी प्रदान करतात. ४०० पीएसआय आणि १५०° सेल्सिअस (उच्च तापमानाच्या विहिरींमध्ये सामान्य तापमान) वर उच्च दाब उच्च तापमान (HPHT) गाळण्याची प्रक्रिया चाचण्या गाळण्याची कार्यक्षमता (केकची जाडी आणि गाळण्याचे प्रमाण) निश्चित करतात.
या विभागात आमच्या पाण्यावर आधारित ड्रिलिंग द्रव्यांच्या शेल सूज प्रतिबंधक गुणधर्मांचे सखोल मूल्यांकन करण्यासाठी अत्याधुनिक उपकरणे, ग्रेस एचपीएचटी लिनियर डायलेटोमीटर (एम४६००) वापरली जातात. एलएसएम हे दोन घटकांपासून बनलेले एक अत्याधुनिक मशीन आहे: एक प्लेट कॉम्पॅक्टर आणि एक लिनियर डायलेटोमीटर (मॉडेल: एम४६००). बेंटोनाइट प्लेट्स ग्रेस कोअर/प्लेट कॉम्पॅक्टर वापरून विश्लेषणासाठी तयार केल्या गेल्या. त्यानंतर एलएसएम या प्लेट्सवर त्वरित सूज डेटा प्रदान करते, ज्यामुळे शेलच्या सूज प्रतिबंधक गुणधर्मांचे व्यापक मूल्यांकन करता येते. शेल विस्तार चाचण्या सभोवतालच्या परिस्थितीत, म्हणजेच २५°C आणि १ psia मध्ये केल्या गेल्या.
शेल स्थिरता चाचणीमध्ये शेल रिकव्हरी टेस्ट, शेल डिप टेस्ट किंवा शेल डिस्पर्शन टेस्ट म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या एका महत्त्वाच्या चाचणीचा समावेश असतो. हे मूल्यांकन सुरू करण्यासाठी, शेल कटिंग्ज #6 BSS स्क्रीनवर वेगळे केले जातात आणि नंतर #10 स्क्रीनवर ठेवले जातात. नंतर कटिंग्ज एका होल्डिंग टँकमध्ये टाकल्या जातात जिथे त्यांना बेस फ्लुइड आणि NADES (नॅचरल डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट) असलेल्या ड्रिलिंग मडमध्ये मिसळले जाते. पुढील पायरी म्हणजे मिश्रण एका तीव्र गरम रोलिंग प्रक्रियेसाठी ओव्हनमध्ये ठेवणे, ज्यामुळे कटिंग्ज आणि चिखल पूर्णपणे मिसळले जातील याची खात्री करणे. १६ तासांनंतर, शेलला विघटित होऊ देऊन कटिंग्ज लगद्यातून काढून टाकल्या जातात, परिणामी कटिंग्जचे वजन कमी होते. शेल कटिंग्ज १५०°C आणि १००० psi. इंच तापमानात ड्रिलिंग मडमध्ये २४ तासांच्या आत ठेवल्यानंतर शेल रिकव्हरी टेस्ट घेण्यात आली.
शेल मडची पुनर्प्राप्ती मोजण्यासाठी, आम्ही ते एका बारीक पडद्यातून (४० मेश) फिल्टर केले, नंतर ते पाण्याने पूर्णपणे धुतले आणि शेवटी ते ओव्हनमध्ये वाळवले. या कष्टाळू प्रक्रियेमुळे आम्हाला मूळ वजनाच्या तुलनेत पुनर्प्राप्त झालेल्या मडाचा अंदाज घेता येतो, शेवटी यशस्वीरित्या पुनर्प्राप्त झालेल्या शेल मडची टक्केवारी मोजता येते. शेल नमुन्यांचा स्रोत निया जिल्हा, मिरी जिल्हा, सारावाक, मलेशिया येथील आहे. डिस्पर्शन आणि रिकव्हरी चाचण्यांपूर्वी, शेल नमुन्यांचे त्यांच्या मातीच्या रचनेचे प्रमाण मोजण्यासाठी आणि चाचणीसाठी त्यांची योग्यता पुष्टी करण्यासाठी संपूर्ण एक्स-रे डिफ्रॅक्शन (XRD) विश्लेषण केले गेले. नमुन्याची चिकणमाती खनिज रचना खालीलप्रमाणे आहे: इलाईट १८%, काओलिनाइट ३१%, क्लोराइट २२%, व्हर्मिक्युलाईट १०% आणि अभ्रक १९%.
पृष्ठभागावरील ताण हा केशिका क्रियेद्वारे शेल मायक्रोपोरमध्ये पाण्याच्या कॅटेशन्सच्या प्रवेशावर नियंत्रण ठेवणारा एक महत्त्वाचा घटक आहे, ज्याचा या विभागात तपशीलवार अभ्यास केला जाईल. हा पेपर ड्रिलिंग द्रव्यांच्या संयोजित गुणधर्मात पृष्ठभागावरील ताणाची भूमिका तपासतो, ड्रिलिंग प्रक्रियेवर, विशेषतः शेल प्रतिबंधनावर त्याचा महत्त्वाचा प्रभाव अधोरेखित करतो. ड्रिलिंग द्रव नमुन्यांचा पृष्ठभाग ताण अचूकपणे मोजण्यासाठी आम्ही इंटरफेशियल टेन्सिओमीटर (IFT700) वापरला, ज्यामुळे शेल प्रतिबंधनाच्या संदर्भात द्रव वर्तनाचा एक महत्त्वाचा पैलू उघड झाला.
या विभागात d-स्तर अंतराची तपशीलवार चर्चा केली आहे, जे मातीतील अॅल्युमिनोसिलिकेट थर आणि एका अॅल्युमिनोसिलिकेट थर यांच्यातील आंतरस्तर अंतर आहे. विश्लेषणात तुलनेसाठी 1%, 3% आणि 5% CA NADES असलेले ओले चिखल नमुने तसेच 3% KCl, 3% [EMIM]Cl आणि 3% CC: युरिया आधारित DES समाविष्ट केले गेले. Cu-Kα रेडिएशन (λ = 1.54059 Å) सह 40 mA आणि 45 kV वर कार्यरत असलेल्या अत्याधुनिक बेंचटॉप एक्स-रे डिफ्रॅक्टोमीटर (D2 फेसर) ने ओल्या आणि कोरड्या Na-Bt नमुन्यांचे एक्स-रे डिफ्रॅक्शन शिखर रेकॉर्ड करण्यात महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावली. ब्रॅग समीकरणाचा वापर d-स्तर अंतराचे अचूक निर्धारण करण्यास सक्षम करतो, ज्यामुळे मातीच्या वर्तनाबद्दल मौल्यवान माहिती मिळते.
हा विभाग झेटा क्षमता अचूकपणे मोजण्यासाठी प्रगत मालव्हर्न झेटासायझर नॅनो ZSP उपकरणाचा वापर करतो. या मूल्यांकनात तुलनात्मक विश्लेषणासाठी १%, ३% आणि ५% CA NADES असलेल्या सौम्य चिखलाच्या नमुन्यांच्या चार्ज वैशिष्ट्यांविषयी तसेच ३% KCl, ३% [EMIM]Cl, आणि ३% CC: युरिया-आधारित DES बद्दल मौल्यवान माहिती प्रदान केली गेली. हे परिणाम कोलाइडल संयुगांच्या स्थिरतेबद्दल आणि द्रवपदार्थांमधील त्यांच्या परस्परसंवादांबद्दलच्या आपल्या समजुतीमध्ये योगदान देतात.
नैसर्गिक खोल युटेक्टिक सॉल्व्हेंट (NADES) च्या संपर्कात येण्यापूर्वी आणि नंतर मातीचे नमुने ऊर्जा वितरक एक्स-रे (EDX) ने सुसज्ज असलेल्या Zeiss Supra 55 VP फील्ड एमिशन स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप (FESEM) वापरून तपासले गेले. इमेजिंग रिझोल्यूशन 500 nm होते आणि इलेक्ट्रॉन बीम एनर्जी 30 kV आणि 50 kV होती. FESEM मातीच्या नमुन्यांच्या पृष्ठभागाच्या आकारविज्ञान आणि संरचनात्मक वैशिष्ट्यांचे उच्च-रिझोल्यूशन व्हिज्युअलायझेशन प्रदान करते. या अभ्यासाचा उद्देश संपर्कात येण्यापूर्वी आणि नंतर मिळालेल्या प्रतिमांची तुलना करून मातीच्या नमुन्यांवर NADES च्या परिणामाबद्दल माहिती मिळवणे हा होता.
या अभ्यासात, सूक्ष्म पातळीवर मातीच्या नमुन्यांवर NADES चा प्रभाव तपासण्यासाठी फील्ड एमिशन स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (FESEM) तंत्रज्ञानाचा वापर करण्यात आला. या अभ्यासाचे उद्दिष्ट NADES च्या संभाव्य अनुप्रयोगांचे आणि मातीच्या आकारविज्ञान आणि सरासरी कण आकारावरील त्याचा प्रभाव स्पष्ट करणे आहे, जे या क्षेत्रातील संशोधनासाठी मौल्यवान माहिती प्रदान करेल.
या अभ्यासात, प्रायोगिक परिस्थितींमध्ये सरासरी टक्के त्रुटी (AMPE) ची परिवर्तनशीलता आणि अनिश्चितता दृश्यमानपणे वर्णन करण्यासाठी त्रुटी बार वापरले गेले. वैयक्तिक AMPE मूल्ये प्लॉट करण्याऐवजी (AMPE मूल्ये प्लॉट केल्याने ट्रेंड अस्पष्ट होऊ शकतात आणि लहान फरक वाढू शकतात), आम्ही 5% नियम वापरून त्रुटी बारची गणना करतो. हा दृष्टिकोन सुनिश्चित करतो की प्रत्येक त्रुटी बार त्या मध्यांतराचे प्रतिनिधित्व करतो ज्यामध्ये 95% आत्मविश्वास मध्यांतर आणि 100% AMPE मूल्ये कमी होण्याची अपेक्षा आहे, ज्यामुळे प्रत्येक प्रायोगिक स्थितीसाठी डेटा वितरणाचा स्पष्ट आणि अधिक संक्षिप्त सारांश मिळतो. अशा प्रकारे 5% नियमावर आधारित त्रुटी बार वापरल्याने ग्राफिकल प्रतिनिधित्वांची व्याख्या आणि विश्वासार्हता सुधारते आणि परिणाम आणि त्यांच्या परिणामांची अधिक तपशीलवार समज प्रदान करण्यास मदत होते.
नैसर्गिक खोल युटेक्टिक सॉल्व्हेंट्स (NADES) च्या संश्लेषणात, घरातील तयारी प्रक्रियेदरम्यान अनेक प्रमुख पॅरामीटर्सचा काळजीपूर्वक अभ्यास करण्यात आला. या महत्त्वाच्या घटकांमध्ये तापमान, मोलर रेशो आणि मिक्सिंग स्पीड यांचा समावेश आहे. आमच्या प्रयोगांवरून असे दिसून आले आहे की जेव्हा HBA (सायट्रिक अॅसिड) आणि HBD (ग्लिसरॉल) 50°C वर 1:4 च्या मोलर रेशोमध्ये मिसळले जातात तेव्हा एक युटेक्टिक मिश्रण तयार होते. युटेक्टिक मिश्रणाचे वेगळे वैशिष्ट्य म्हणजे त्याचे पारदर्शक, एकसंध स्वरूप आणि गाळाची अनुपस्थिती. अशाप्रकारे, हे महत्त्वाचे पाऊल मोलर रेशो, तापमान आणि मिक्सिंग स्पीडचे महत्त्व अधोरेखित करते, ज्यामध्ये आकृती 2 मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, DES आणि NADES तयार करताना मोलर रेशो हा सर्वात प्रभावशाली घटक होता.
अपवर्तन निर्देशांक (n) हा व्हॅक्यूममधील प्रकाशाच्या गतीचा एका सेकंदाच्या, घनतेच्या माध्यमातील प्रकाशाच्या गतीशी गुणोत्तर व्यक्त करतो. बायोसेन्सर्ससारख्या ऑप्टिकली संवेदनशील अनुप्रयोगांचा विचार करताना नैसर्गिक खोल युटेक्टिक सॉल्व्हेंट्स (NADES) साठी अपवर्तन निर्देशांक विशेष मनोरंजक आहे. २५ °C वर अभ्यासलेल्या NADES चा अपवर्तन निर्देशांक १.४५२ होता, जो ग्लिसरॉलपेक्षा मनोरंजकपणे कमी आहे.
हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की तापमानाबरोबर NADES चा अपवर्तन निर्देशांक कमी होतो आणि हा ट्रेंड सूत्र (1) आणि आकृती 3 द्वारे अचूकपणे वर्णन केला जाऊ शकतो, ज्यामध्ये परिपूर्ण सरासरी टक्केवारी त्रुटी (AMPE) 0% पर्यंत पोहोचते. हे तापमान-अवलंबित वर्तन उच्च तापमानात स्निग्धता आणि घनतेत घट झाल्यामुळे स्पष्ट केले आहे, ज्यामुळे प्रकाश माध्यमातून जास्त वेगाने प्रवास करतो, परिणामी अपवर्तन निर्देशांक (n) मूल्य कमी होते. हे परिणाम ऑप्टिकल सेन्सिंगमध्ये NADES च्या धोरणात्मक वापराबद्दल मौल्यवान अंतर्दृष्टी प्रदान करतात, बायोसेन्सर अनुप्रयोगांसाठी त्यांची क्षमता अधोरेखित करतात.
द्रव पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ कमीत कमी करण्याची प्रवृत्ती प्रतिबिंबित करणारा पृष्ठभागाचा ताण, केशिका दाब-आधारित अनुप्रयोगांसाठी नैसर्गिक खोल युटेक्टिक सॉल्व्हेंट्स (NADES) च्या योग्यतेचे मूल्यांकन करण्यासाठी खूप महत्वाचा आहे. 25-60 °C तापमान श्रेणीतील पृष्ठभागाच्या ताणाचा अभ्यास मौल्यवान माहिती प्रदान करतो. 25 °C वर, सायट्रिक ऍसिड-आधारित NADES चे पृष्ठभागाचे ताण 55.42 mN/m होते, जे पाणी आणि ग्लिसरॉलपेक्षा लक्षणीयरीत्या कमी आहे. आकृती 4 दर्शविते की वाढत्या तापमानासह पृष्ठभागाचे ताण लक्षणीयरीत्या कमी होते. ही घटना आण्विक गतिज उर्जेमध्ये वाढ आणि त्यानंतर आंतरआण्विक आकर्षक बलांमध्ये घट याद्वारे स्पष्ट केली जाऊ शकते.
अभ्यासलेल्या NADES मध्ये आढळलेल्या पृष्ठभागावरील ताणाचा रेषीय घटणारा कल समीकरण (2) द्वारे चांगल्या प्रकारे व्यक्त केला जाऊ शकतो, जो 25-60 °C तापमान श्रेणीतील मूलभूत गणितीय संबंध दर्शवितो. आकृती 4 मधील आलेख 1.4% च्या परिपूर्ण सरासरी टक्केवारी त्रुटी (AMPE) सह तापमानासह पृष्ठभागावरील ताणाचा कल स्पष्टपणे दर्शवितो, जो नोंदवलेल्या पृष्ठभागाच्या ताण मूल्यांची अचूकता मोजतो. NADES चे वर्तन आणि त्याचे संभाव्य अनुप्रयोग समजून घेण्यासाठी या निकालांचे महत्त्वपूर्ण परिणाम आहेत.
असंख्य वैज्ञानिक अभ्यासांमध्ये त्यांचा वापर सुलभ करण्यासाठी नैसर्गिक खोल युटेक्टिक सॉल्व्हेंट्स (NADES) ची घनता गतिशीलता समजून घेणे अत्यंत महत्त्वाचे आहे. २५°C तापमानावर सायट्रिक आम्ल-आधारित NADES ची घनता १.३६१ ग्रॅम/सेमी३ आहे, जी मूळ ग्लिसरॉलच्या घनतेपेक्षा जास्त आहे. ग्लिसरॉलमध्ये हायड्रोजन बॉन्ड स्वीकारणारा (सायट्रिक आम्ल) जोडून हा फरक स्पष्ट केला जाऊ शकतो.
सायट्रेट-आधारित NADES चे उदाहरण घेतल्यास, त्याची घनता ६०°C वर १.१९ g/cm3 पर्यंत कमी होते. गरम केल्यावर गतिज ऊर्जेमध्ये वाढ झाल्यामुळे NADES रेणू विखुरतात, ज्यामुळे ते जास्त आकारमान व्यापतात, परिणामी घनतेत घट होते. घनतेमध्ये दिसून आलेली घट तापमानातील वाढीशी एक विशिष्ट रेषीय सहसंबंध दर्शवते, जी सूत्र (३) द्वारे योग्यरित्या व्यक्त केली जाऊ शकते. आकृती ५ NADES घनता बदलाची ही वैशिष्ट्ये ग्राफिकली १.१२% च्या निरपेक्ष सरासरी टक्केवारी त्रुटी (AMPE) सह सादर करते, जी नोंदवलेल्या घनता मूल्यांच्या अचूकतेचे परिमाणात्मक मापन प्रदान करते.
स्निग्धता ही गतिमान द्रवाच्या वेगवेगळ्या थरांमधील आकर्षक शक्ती आहे आणि विविध अनुप्रयोगांमध्ये नैसर्गिक खोल युटेक्टिक सॉल्व्हेंट्स (NADES) ची उपयुक्तता समजून घेण्यात महत्त्वाची भूमिका बजावते. २५ °C वर, NADES ची स्निग्धता ९५१ cP होती, जी ग्लिसरॉलपेक्षा जास्त आहे.
वाढत्या तापमानासह चिकटपणामध्ये दिसून आलेली घट प्रामुख्याने आंतररेण्विक आकर्षक शक्तींच्या कमकुवतपणामुळे स्पष्ट होते. या घटनेमुळे द्रवपदार्थाच्या चिकटपणात घट होते, हे आकृती 6 मध्ये स्पष्टपणे दाखवले आहे आणि समीकरण (4) द्वारे प्रमाणित केले आहे. उल्लेखनीय म्हणजे, 60°C वर, चिकटपणा 898 cP पर्यंत घसरतो आणि एकूण सरासरी टक्केवारी त्रुटी (AMPE) 1.4% असते. NADES मध्ये चिकटपणा विरुद्ध तापमान अवलंबित्वाची तपशीलवार समज त्याच्या व्यावहारिक वापरासाठी खूप महत्वाची आहे.
हायड्रोजन आयन एकाग्रतेच्या ऋण लॉगरिथमद्वारे निर्धारित केलेल्या द्रावणाचा pH हा महत्त्वाचा असतो, विशेषतः DNA संश्लेषणासारख्या pH-संवेदनशील अनुप्रयोगांमध्ये, म्हणून वापरण्यापूर्वी NADES चा pH काळजीपूर्वक अभ्यासला पाहिजे. सायट्रिक आम्ल-आधारित NADES चे उदाहरण घेतल्यास, 1.91 चा स्पष्टपणे आम्लयुक्त pH दिसून येतो, जो ग्लिसरॉलच्या तुलनेने तटस्थ pH च्या अगदी विरुद्ध आहे.
मनोरंजक गोष्ट म्हणजे, नैसर्गिक सायट्रिक आम्ल डिहायड्रोजनेज विद्राव्य द्रावक (NADES) च्या pH मध्ये वाढत्या तापमानासह नॉन-लाइनियर घट दिसून आली. ही घटना द्रावणातील H+ संतुलन बिघडवणाऱ्या वाढत्या आण्विक कंपनांमुळे होते, ज्यामुळे [H]+ आयन तयार होतात आणि परिणामी, pH मूल्यात बदल होतो. सायट्रिक आम्लचा नैसर्गिक pH 3 ते 5 पर्यंत असतो, परंतु ग्लिसरॉलमध्ये आम्लयुक्त हायड्रोजनची उपस्थिती pH 1.91 पर्यंत कमी करते.
२५-६० °C तापमान श्रेणीमध्ये सायट्रेट-आधारित NADES चे pH वर्तन समीकरण (५) द्वारे योग्यरित्या दर्शविले जाऊ शकते, जे निरीक्षण केलेल्या pH ट्रेंडसाठी गणितीय अभिव्यक्ती प्रदान करते. आकृती ७ मध्ये NADES च्या pH वर तापमानाचा परिणाम अधोरेखित करून, हे मनोरंजक संबंध ग्राफिकली दर्शविले आहेत, जे AMPE साठी १.४% असल्याचे नोंदवले गेले आहे.
नैसर्गिक सायट्रिक आम्ल डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट (NADES) चे थर्मोग्राव्हिमेट्रिक विश्लेषण (TGA) खोलीच्या तापमानापासून ते 500 °C पर्यंत तापमान श्रेणीमध्ये पद्धतशीरपणे केले गेले. आकृती 8a आणि b वरून दिसून येते की, 100 °C पर्यंतचे प्रारंभिक वस्तुमान कमी होणे हे प्रामुख्याने शोषलेले पाणी आणि सायट्रिक आम्ल आणि शुद्ध ग्लिसरॉलशी संबंधित हायड्रेशन पाण्यामुळे होते. 180 °C पर्यंत सुमारे 88% चे लक्षणीय वस्तुमान धारणा दिसून आली, जे प्रामुख्याने सायट्रिक आम्लचे अ‍ॅकोनिटिक आम्लामध्ये विघटन आणि पुढील गरम केल्यावर मिथाइलमॅलिक एनहाइड्राइड (III) च्या निर्मितीमुळे होते (आकृती 8 b). 180 °C पेक्षा जास्त तापमानावर, ग्लिसरॉलमध्ये अ‍ॅक्रोलिन (अ‍ॅक्रिलाल्डिहाइड) चे स्पष्ट स्वरूप देखील दिसून येते, जसे की आकृती 8b37 मध्ये दर्शविले आहे.
ग्लिसरॉलच्या थर्मोग्रॅव्हिमेट्रिक विश्लेषणाने (TGA) दोन-टप्प्यांमध्ये वस्तुमान कमी होण्याची प्रक्रिया उघड केली. सुरुवातीच्या टप्प्यात (१८० ते २२० °C) अ‍ॅक्रोलिनची निर्मिती होते, त्यानंतर २३० ते ३०० °C पर्यंत उच्च तापमानात लक्षणीय वस्तुमान कमी होते (आकृती ८अ). तापमान वाढत असताना, एसीटाल्डिहाइड, कार्बन डायऑक्साइड, मिथेन आणि हायड्रोजन अनुक्रमे तयार होतात. उल्लेखनीय म्हणजे, वस्तुमानाच्या फक्त २८% ३०० °C वर राखले गेले होते, जे सूचित करते की NADES 8(a)38,39 चे अंतर्गत गुणधर्म सदोष असू शकतात.
नवीन रासायनिक बंधांच्या निर्मितीबद्दल माहिती मिळविण्यासाठी, फूरियर ट्रान्सफॉर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (FTIR) द्वारे नैसर्गिक खोल युटेक्टिक सॉल्व्हेंट्स (NADES) च्या ताज्या तयार केलेल्या सस्पेंशनचे विश्लेषण करण्यात आले. NADES सस्पेंशनच्या स्पेक्ट्रमची तुलना शुद्ध सायट्रिक ऍसिड (CA) आणि ग्लिसरॉल (Gly) च्या स्पेक्ट्राशी करून विश्लेषण करण्यात आले. CA स्पेक्ट्रमने १७५२ १/सेमी आणि १६७३ १/सेमी वर स्पष्ट शिखरे दर्शविली, जी C=O बाँडच्या स्ट्रेचिंग कंपनांचे प्रतिनिधित्व करतात आणि CA चे वैशिष्ट्य देखील आहेत. याव्यतिरिक्त, आकृती ९ मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, फिंगरप्रिंट प्रदेशात १३६० १/सेमी वर OH बेंडिंग कंपनात लक्षणीय बदल दिसून आला.
त्याचप्रमाणे, ग्लिसरॉलच्या बाबतीत, अनुक्रमे 3291 1/सेमी आणि 1414 1/सेमी या तरंगक्रमांकांवर OH स्ट्रेचिंग आणि बेंडिंग कंपनांचे शिफ्ट आढळले. आता, तयार केलेल्या NADES च्या स्पेक्ट्रमचे विश्लेषण केल्यास, स्पेक्ट्रममध्ये लक्षणीय शिफ्ट आढळून आली. आकृती 7 मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, C=O बंधाचे स्ट्रेचिंग कंपन 1752 1/सेमी वरून 1720 1/सेमी पर्यंत हलवले गेले आणि ग्लिसरॉलच्या -OH बंधाचे बेंडिंग कंपन 1414 1/सेमी वरून 1359 1/सेमी पर्यंत हलवले गेले. तरंगक्रमांकांमधील हे शिफ्ट इलेक्ट्रोनॅगेटिव्हिटीमधील बदल दर्शवितात, जे NADES च्या रचनेत नवीन रासायनिक बंधांची निर्मिती दर्शवते.