nature.com ला भेट दिल्याबद्दल धन्यवाद. तुम्ही वापरत असलेल्या ब्राउझरच्या आवृत्तीमध्ये CSS साठी मर्यादित समर्थन आहे. सर्वोत्तम अनुभवासाठी, आम्ही ब्राउझरची नवीनतम आवृत्ती वापरण्याची (किंवा इंटरनेट एक्सप्लोररमधील कंपॅटिबिलिटी मोड बंद करण्याची) शिफारस करतो. याव्यतिरिक्त, सतत समर्थन सुनिश्चित करण्यासाठी, या साइटमध्ये स्टाईल्स किंवा जावास्क्रिप्ट समाविष्ट केली जाणार नाही.
क्लॅस्टिक जलाशयांमधील शेलच्या विस्तारामुळे गंभीर समस्या निर्माण होतात, ज्यामुळे वेलबोअरमध्ये अस्थिरता येते. पर्यावरणीय कारणांमुळे, तेल-आधारित ड्रिलिंग फ्लुइडऐवजी शेल प्रतिबंधक घटक मिसळलेल्या पाणी-आधारित ड्रिलिंग फ्लुइडच्या वापराला प्राधान्य दिले जाते. आयोनिक लिक्विड्स (ILs) त्यांच्या बदलता येण्याजोग्या गुणधर्मांमुळे आणि मजबूत इलेक्ट्रोस्टॅटिक वैशिष्ट्यांमुळे शेल प्रतिबंधक म्हणून खूप लक्ष वेधून घेत आहेत. तथापि, ड्रिलिंग फ्लुइड्समध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाणारे इमिडाझोलिल-आधारित आयोनिक लिक्विड्स (ILs) विषारी, अविघटनशील आणि महाग असल्याचे सिद्ध झाले आहे. डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट्स (DES) हे आयोनिक लिक्विड्ससाठी अधिक किफायतशीर आणि कमी विषारी पर्याय मानले जातात, परंतु ते अजूनही आवश्यक पर्यावरणीय टिकाऊपणाच्या बाबतीत कमी पडतात. या क्षेत्रातील अलीकडील प्रगतीमुळे नैसर्गिक डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट्स (NADES) सादर केले गेले आहेत, जे त्यांच्या खऱ्या पर्यावरण-स्नेहीतेसाठी ओळखले जातात. या अभ्यासात NADESs चा अभ्यास करण्यात आला, ज्यामध्ये ड्रिलिंग फ्लुइड ॲडिटिव्ह म्हणून सायट्रिक ॲसिड (हायड्रोजन बाँड स्वीकारणारा म्हणून) आणि ग्लिसरॉल (हायड्रोजन बाँड देणारा म्हणून) यांचा समावेश असतो. NADES-आधारित ड्रिलिंग फ्लुइड्स API 13B-1 नुसार विकसित केले गेले आणि त्यांच्या कामगिरीची तुलना पोटॅशियम क्लोराईड-आधारित ड्रिलिंग फ्लुइड्स, इमिडाझोलियम-आधारित आयोनिक लिक्विड्स आणि कोलीन क्लोराईड:युरिया-DES-आधारित ड्रिलिंग फ्लुइड्स यांच्याशी करण्यात आली. मालकीच्या NADES च्या भौतिक-रासायनिक गुणधर्मांचे तपशीलवार वर्णन केले आहे. या अभ्यासादरम्यान ड्रिलिंग फ्लुइडच्या रिओलॉजिकल गुणधर्म, फ्लुइड लॉस आणि शेल प्रतिबंधक गुणधर्मांचे मूल्यांकन केले गेले आणि असे दिसून आले की 3% NADES च्या सांद्रतेवर, यील्ड स्ट्रेस/प्लास्टिक व्हिस्कोसिटी गुणोत्तर (YP/PV) वाढले, मड केकची जाडी 26% ने कमी झाली आणि फिल्ट्रेटचे प्रमाण 30.1% ने कमी झाले. विशेष म्हणजे, NADES ने 49.14% चा प्रभावी विस्तार प्रतिबंधक दर गाठला आणि शेल उत्पादनात 86.36% वाढ केली. हे परिणाम NADES च्या चिकणमातीच्या पृष्ठभागावरील क्रियाशीलता, झेटा पोटेन्शियल आणि आंतर-थर अंतर सुधारण्याच्या क्षमतेमुळे आहेत, ज्यामागील यंत्रणा समजून घेण्यासाठी या शोधनिबंधात चर्चा केली आहे. हे टिकाऊ ड्रिलिंग फ्लुइड पारंपरिक शेल क्षरण प्रतिबंधकांना एक बिनविषारी, किफायतशीर आणि अत्यंत प्रभावी पर्याय उपलब्ध करून देऊन ड्रिलिंग उद्योगात क्रांती घडवून आणेल, ज्यामुळे पर्यावरणपूरक ड्रिलिंग पद्धतींचा मार्ग मोकळा होईल अशी अपेक्षा आहे.
शेल हा एक बहुगुणी खडक आहे जो हायड्रोकार्बनचा स्रोत आणि साठा या दोन्हीची भूमिका बजावतो, आणि त्याची सच्छिद्र रचना¹ या मौल्यवान संसाधनांचे उत्पादन आणि साठवणूक या दोन्हीची क्षमता प्रदान करते. तथापि, शेलमध्ये मॉन्टमोरिलोनाइट, स्मेक्टाइट, केओलिनाइट आणि इलाईट यांसारखी चिकणमातीची खनिजे मुबलक प्रमाणात असतात, ज्यामुळे पाण्याच्या संपर्कात आल्यावर तो फुगण्याची शक्यता असते, आणि यामुळे ड्रिलिंग कार्यादरम्यान वेलबोअरमध्ये अस्थिरता येते²,³. या समस्यांमुळे अनुत्पादक वेळ (NPT) आणि पाईप अडकणे, मड सर्क्युलेशन थांबणे, वेलबोअर कोसळणे आणि बिट फाउलिंग यांसारख्या अनेक कार्यान्वयन समस्या उद्भवू शकतात, ज्यामुळे रिकव्हरीचा वेळ आणि खर्च वाढतो. पारंपरिकरित्या, शेलच्या विस्ताराला प्रतिकार करण्याच्या क्षमतेमुळे⁴, तेल-आधारित ड्रिलिंग फ्लुइड्स (OBDF) शेलच्या निर्मितीसाठी पसंतीचे पर्याय राहिले आहेत. तथापि, तेल-आधारित ड्रिलिंग फ्लुइड्सच्या वापरामध्ये जास्त खर्च आणि पर्यावरणीय धोके असतात. सिंथेटिक-आधारित ड्रिलिंग फ्लुइड्स (SBDF) एक पर्याय म्हणून विचारात घेतले गेले आहेत, परंतु उच्च तापमानात त्यांची उपयुक्तता असमाधानकारक आहे. पाण्यावर आधारित ड्रिलिंग फ्लुइड्स (WBDF) हा एक आकर्षक उपाय आहे कारण ते OBDF5 पेक्षा अधिक सुरक्षित, अधिक पर्यावरणपूरक आणि अधिक किफायतशीर आहेत. WBDF ची शेल प्रतिबंधक क्षमता वाढवण्यासाठी विविध शेल प्रतिबंधकांचा वापर केला गेला आहे, ज्यात पोटॅशियम क्लोराईड, चुना, सिलिकेट आणि पॉलिमर यांसारख्या पारंपरिक प्रतिबंधकांचा समावेश आहे. तथापि, या प्रतिबंधकांना परिणामकारकता आणि पर्यावरणीय परिणामांच्या बाबतीत मर्यादा आहेत, विशेषतः पोटॅशियम क्लोराईड प्रतिबंधकांमधील उच्च K+ सांद्रता आणि सिलिकेट्सच्या pH संवेदनशीलतेमुळे. 6 संशोधकांनी ड्रिलिंग फ्लुइडची रिओलॉजी सुधारण्यासाठी आणि शेलची सूज व हायड्रेट निर्मिती रोखण्यासाठी ड्रिलिंग फ्लुइड अॅडिटिव्ह म्हणून आयोनिक लिक्विड्स वापरण्याच्या शक्यतेचा शोध घेतला आहे. तथापि, हे आयोनिक लिक्विड्स, विशेषतः ज्यांमध्ये इमिडाझोलिल कॅटायन्स असतात, ते सामान्यतः विषारी, महाग, अविघटनशील असतात आणि त्यांच्या निर्मितीसाठी जटिल प्रक्रियांची आवश्यकता असते. या समस्या सोडवण्यासाठी, लोकांनी अधिक किफायतशीर आणि पर्यावरणपूरक पर्यायाचा शोध सुरू केला, ज्यामुळे डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट्स (DES) चा उदय झाला. डीईएस (DES) हे एका विशिष्ट मोलर गुणोत्तरात आणि तापमानात हायड्रोजन बाँड डोनर (HBD) आणि हायड्रोजन बाँड अॅक्सेप्टर (HBA) यांच्यापासून तयार झालेले एक युटेक्टिक मिश्रण आहे. या युटेक्टिक मिश्रणांचे वितलन बिंदू त्यांच्या स्वतंत्र घटकांपेक्षा कमी असतात, याचे मुख्य कारण म्हणजे हायड्रोजन बाँड्समुळे होणारे चार्जचे विस्थानन. जालक ऊर्जा, एन्ट्रॉपीमधील बदल आणि ॲनायन व एचबीडी (HBD) यांच्यातील आंतरक्रिया यांसारखे अनेक घटक डीईएसचा वितलन बिंदू कमी करण्यात महत्त्वाची भूमिका बजावतात.
मागील अभ्यासांमध्ये, शेलच्या प्रसरणाची समस्या सोडवण्यासाठी पाण्यावर आधारित ड्रिलिंग फ्लुइडमध्ये विविध अॅडिटिव्ह्ज (additives) टाकण्यात आले. उदाहरणार्थ, ओफेई (Ofei) आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी १-ब्यूटिल-३-मिथिलइमिडाझोलियम क्लोराईड (BMIM-Cl) टाकले, ज्यामुळे मड केकची जाडी लक्षणीयरीत्या (५०% पर्यंत) कमी झाली आणि वेगवेगळ्या तापमानांवर YP/PV मूल्य ११ ने घटले. हुआंग (Huang) आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी Na-Bt कणांच्या संयोगाने आयोनिक लिक्विड्स (विशेषतः, १-हेक्सिल-३-मिथिलइमिडाझोलियम ब्रोमाइड आणि १,२-बिस(३-हेक्सिलइमिडाझोल-१-वायएल)इथेन ब्रोमाइड) वापरले आणि शेलची सूज अनुक्रमे ८६.४३% आणि ९४.१७% ने लक्षणीयरीत्या कमी केली¹². याव्यतिरिक्त, यांग (Yang) आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी... शेलची सूज अनुक्रमे १६.९१% आणि ५.८१% ने कमी करण्यासाठी १-व्हायनाइल-३-डोडिसिलइमिडाझोलियम ब्रोमाइड आणि १-व्हायनाइल-३-टेट्राडेसिलइमिडाझोलियम ब्रोमाइडचा वापर केला.¹³ यांग आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी १-व्हायनाइल-३-इथिलइमिडाझोलियम ब्रोमाइडचा वापर करून शेलचा विस्तार ३१.६२% ने कमी केला, तसेच शेल रिकव्हरी ४०.६०% वर कायम ठेवली.¹⁴ याव्यतिरिक्त, लुओ आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी शेलची सूज ८०% ने कमी करण्यासाठी १-ऑक्टिल-३-मिथिलइमिडाझोलियम टेट्राफ्लोरोबोरेटचा वापर केला.¹⁵,¹⁶ दाई आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी शेलला रोखण्यासाठी आयोनिक लिक्विड कोपॉलिमरचा वापर केला आणि अमाइन इनहिबिटरच्या तुलनेत लिनियर रिकव्हरीमध्ये १८% वाढ साधली.¹⁷
आयनिक द्रवांचे स्वतःचे काही तोटे आहेत, ज्यामुळे शास्त्रज्ञांना आयनिक द्रवांसाठी अधिक पर्यावरणपूरक पर्याय शोधण्यास प्रवृत्त केले आणि अशा प्रकारे डीईएस (DES) चा जन्म झाला. हानजिया यांनी विनाइल क्लोराइड प्रोपिओनिक ऍसिड (१:१), विनाइल क्लोराइड ३-फेनिलप्रोपिओनिक ऍसिड (१:२), आणि ३-मर्कॅप्टोप्रोपिओनिक ऍसिड + इटाकोनिक ऍसिड + विनाइल क्लोराइड (१:१:२) यांचा समावेश असलेले डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट्स (DES) वापरणारे पहिले होते, ज्याने बेंटोनाइटची सूज अनुक्रमे ६८%, ५८% आणि ५८% ने रोखली¹⁸. एका मुक्त प्रयोगात, एमएच रसूल यांनी ग्लिसरॉल आणि पोटॅशियम कार्बोनेट (डीईएस) यांचे २:१ गुणोत्तर वापरले आणि शेलच्या नमुन्यांची सूज ८७% ने लक्षणीयरीत्या कमी केली¹⁹,²⁰. मा यांनी युरिया:विनाइल क्लोराइड वापरून शेलचा विस्तार ६७% ने लक्षणीयरीत्या कमी केला.²¹ रसूल आणि इतरांनी डीईएस आणि पॉलिमर यांचे मिश्रण दुहेरी-क्रिया शेल प्रतिबंधक म्हणून वापरले, ज्यामुळे उत्कृष्ट शेल प्रतिबंधक परिणाम साधला गेला²².
जरी डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट्स (DES) हे सामान्यतः आयोनिक लिक्विड्ससाठी एक अधिक पर्यावरणपूरक पर्याय मानले जातात, तरी त्यामध्ये अमोनियम सॉल्ट्ससारखे संभाव्य विषारी घटक देखील असतात, ज्यामुळे त्यांची पर्यावरण-मित्रता संशयास्पद ठरते. या समस्येमुळे नैसर्गिक डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट्स (NADES) विकसित झाले आहेत. त्यांचे वर्गीकरण अजूनही DES म्हणूनच केले जाते, परंतु ते पोटॅशियम क्लोराईड (KCl), कॅल्शियम क्लोराईड (CaCl2), एप्सम सॉल्ट्स (MgSO4.7H2O) आणि इतर नैसर्गिक पदार्थ व क्षारांपासून बनलेले असतात. DES आणि NADES यांच्या असंख्य संभाव्य संयोगांमुळे या क्षेत्रातील संशोधनासाठी एक मोठी संधी निर्माण झाली आहे आणि विविध क्षेत्रांमध्ये त्यांचा उपयोग होण्याची अपेक्षा आहे. अनेक संशोधकांनी DES चे नवीन संयोग यशस्वीरित्या विकसित केले आहेत, जे विविध उपयोगांमध्ये प्रभावी ठरले आहेत. उदाहरणार्थ, नासेर आणि सहकाऱ्यांनी २०१३ मध्ये पोटॅशियम कार्बोनेट-आधारित DES चे संश्लेषण केले आणि त्याच्या थर्मोफिजिकल गुणधर्मांचा अभ्यास केला, ज्याचा उपयोग नंतर हायड्रेट इनहिबिशन, ड्रिलिंग फ्लुइड अॅडिटिव्ह्ज, डिलिग्निफिकेशन आणि नॅनोफिब्रिलेशन या क्षेत्रांमध्ये झाला. २३ जॉर्डी किम आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी एस्कॉर्बिक ॲसिड-आधारित NADES विकसित केले आणि विविध उपयोगांमध्ये त्याच्या अँटिऑक्सिडेंट गुणधर्मांचे मूल्यांकन केले. २४ क्रिस्टर आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी सायट्रिक ॲसिड-आधारित NADES विकसित केले आणि कोलेजन उत्पादनांसाठी एक एक्सिपियंट म्हणून त्याची क्षमता ओळखली. २५ लिऊ यी आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी एका व्यापक आढाव्यात निष्कर्षण आणि क्रोमॅटोग्राफी माध्यम म्हणून NADES च्या उपयोगांचा सारांश दिला, तर मिसान आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी कृषी-अन्न क्षेत्रात NADES च्या यशस्वी उपयोगांवर चर्चा केली. ड्रिलिंग फ्लुइड संशोधकांनी त्यांच्या उपयोगांमध्ये NADES च्या परिणामकारकतेकडे लक्ष देण्यास सुरुवात करणे अत्यावश्यक आहे. २०२३ मध्ये, रसूल आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी एस्कॉर्बिक ॲसिड२६, कॅल्शियम क्लोराईड२७, पोटॅशियम क्लोराईड२८ आणि एप्सम सॉल्ट२९ वर आधारित नैसर्गिक डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट्सचे वेगवेगळे संयोजन वापरले आणि प्रभावी शेल प्रतिबंध आणि शेल पुनर्प्राप्ती साध्य केली. हा अभ्यास, पाण्यावर आधारित ड्रिलिंग फ्लुइड्समध्ये NADES (विशेषतः सायट्रिक ऍसिड आणि ग्लिसरॉल-आधारित फॉर्म्युलेशन) एक पर्यावरणपूरक आणि प्रभावी शेल इनहिबिटर म्हणून सादर करणाऱ्या पहिल्या अभ्यासांपैकी एक आहे, ज्यामध्ये KCl, इमिडाझोलिल-आधारित आयोनिक लिक्विड्स आणि पारंपरिक DES सारख्या पारंपरिक इनहिबिटर्सच्या तुलनेत उत्कृष्ट पर्यावरणीय स्थिरता, सुधारित शेल प्रतिबंध क्षमता आणि सुधारित फ्लुइड कार्यक्षमता ही वैशिष्ट्ये आहेत.
या अभ्यासात सायट्रिक ॲसिड (CA) आधारित NADES ची अंतर्गत तयारी, त्यानंतर त्याचे सविस्तर भौतिक-रासायनिक वैशिष्ट्यीकरण आणि ड्रिलिंग फ्लुइड ॲडिटिव्ह म्हणून त्याचा वापर करून ड्रिलिंग फ्लुइडचे गुणधर्म व त्याची सूज रोखण्याची क्षमता यांचे मूल्यांकन केले जाईल. या अभ्यासात, CA हायड्रोजन बाँड स्वीकारणारा (hydrogen bond acceptor) म्हणून काम करेल, तर ग्लिसरॉल (Gly) हायड्रोजन बाँड देणारा (hydrogen bond donor) म्हणून काम करेल, ज्याची निवड शेल प्रतिबंध अभ्यासात NADES निर्मिती/निवडीसाठी MH स्क्रीनिंग निकषांवर आधारित आहे30. फूरियर ट्रान्सफॉर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (FTIR), एक्स-रे विवर्तन (XRD) आणि झेटा पोटेन्शियल (ZP) मापनांद्वारे NADES-क्ले यांच्यातील आंतरक्रिया आणि क्लेची सूज रोखण्यामागील यंत्रणा स्पष्ट केली जाईल. याव्यतिरिक्त, शेल प्रतिबंधातील त्यांची परिणामकारकता आणि ड्रिलिंग फ्लुइडची कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी, या अभ्यासात CA NADES आधारित ड्रिलिंग फ्लुइडची तुलना 1-एथिल-3-मिथाइलइमिडाझोलियम क्लोराईड [EMIM]Cl7,12,14,17,31, KCl आणि कोलीन क्लोराईड:युरिया (1:2) वर आधारित DES32 शी केली जाईल.
सायट्रिक ॲसिड (मोनोहायड्रेट), ग्लिसरॉल (99 यूएसपी), आणि युरिया हे मलेशियातील क्वालालंपूर येथील इवाकेम (EvaChem) कडून खरेदी करण्यात आले. कोलीन क्लोराईड (>98%), [EMIM]Cl 98%, आणि पोटॅशियम क्लोराईड हे मलेशियातील सिग्मा ऑल्ड्रिच (Sigma Aldrich) कडून खरेदी करण्यात आले. सर्व रसायनांची रासायनिक संरचना आकृती १ मध्ये दर्शविली आहे. हिरवी आकृती या अभ्यासात वापरलेल्या मुख्य रसायनांची तुलना करते: इमिडाझोलिल आयोनिक लिक्विड, कोलीन क्लोराईड (DES), सायट्रिक ॲसिड, ग्लिसरॉल, पोटॅशियम क्लोराईड, आणि NADES (सायट्रिक ॲसिड आणि ग्लिसरॉल). या अभ्यासात वापरलेल्या रसायनांची पर्यावरण-स्नेहीता सारणी, तक्ता १ मध्ये सादर केली आहे. या सारणीमध्ये, प्रत्येक रसायनाचे वर्गीकरण विषारीपणा, जैव-विघटनशीलता, किंमत आणि पर्यावरणीय टिकाऊपणा यावर आधारित आहे.
या अभ्यासात वापरलेल्या सामग्रीची रासायनिक संरचना: (a) सायट्रिक आम्ल, (b) [EMIM]Cl, (c) कोलीन क्लोराइड आणि (d) ग्लिसरॉल.
CA (नॅचरल डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट) आधारित NADES च्या विकासासाठी हायड्रोजन बाँड डोनर (HBD) आणि हायड्रोजन बाँड अॅसेप्टर (HBA) उमेदवारांची निवड MH 30 निवड निकषांनुसार काळजीपूर्वक करण्यात आली, ज्याचा उद्देश NADES ला प्रभावी शेल प्रतिबंधक म्हणून विकसित करणे आहे. या निकषानुसार, मोठ्या संख्येने हायड्रोजन बाँड डोनर्स आणि अॅसेप्टर्स तसेच ध्रुवीय कार्यात्मक गट असलेले घटक NADES च्या विकासासाठी योग्य मानले जातात.
याव्यतिरिक्त, या अभ्यासात तुलनेसाठी आयोनिक लिक्विड [EMIM]Cl आणि कोलीन क्लोराईड:युरिया डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट (DES) निवडण्यात आले, कारण ते ड्रिलिंग फ्लुइड अॅडिटिव्ह्ज म्हणून मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात33,34,35,36. तसेच, पोटॅशियम क्लोराईड (KCl) ची तुलना करण्यात आली कारण तो एक सामान्य इनहिबिटर आहे.
युटेक्टिक मिश्रण मिळवण्यासाठी सायट्रिक ॲसिड आणि ग्लिसरॉल वेगवेगळ्या मोलर गुणोत्तरांमध्ये मिसळण्यात आले. दृश्य तपासणीत असे दिसून आले की युटेक्टिक मिश्रण हे गढूळपणा नसलेला एकजिनसी, पारदर्शक द्रव होता, जे दर्शवते की या युटेक्टिक मिश्रणामध्ये हायड्रोजन बाँड डोनर (HBD) आणि हायड्रोजन बाँड ॲसेप्टर (HBA) यशस्वीरित्या मिसळले गेले होते. HBD आणि HBA च्या मिश्रण प्रक्रियेच्या तापमान-अवलंबित वर्तनाचे निरीक्षण करण्यासाठी प्राथमिक प्रयोग करण्यात आले. उपलब्ध साहित्यानुसार, युटेक्टिक मिश्रणांचे प्रमाण ५०°C, ७०°C आणि १००°C वरील तीन विशिष्ट तापमानांवर तपासण्यात आले, ज्यावरून असे दिसून येते की युटेक्टिक तापमान सामान्यतः ५०-८०°C च्या दरम्यान असते. HBD आणि HBA घटकांचे अचूक वजन करण्यासाठी मेटलर डिजिटल बॅलन्सचा वापर करण्यात आला, आणि नियंत्रित परिस्थितीत १०० rpm वेगाने HBD व HBA गरम करण्यासाठी आणि ढवळण्यासाठी थर्मो फिशर हॉट प्लेटचा वापर करण्यात आला.
आमच्याद्वारे संश्लेषित केलेल्या डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंटचे (DES) औष्णिक-भौतिक गुणधर्म, ज्यात घनता, पृष्ठताण, अपवर्तनांक आणि स्निग्धता यांचा समावेश आहे, ते २८९.१५ ते ३३३.१५ केल्विन या तापमान श्रेणीमध्ये अचूकपणे मोजण्यात आले. हे लक्षात घ्यावे की, ही तापमान श्रेणी प्रामुख्याने सध्याच्या उपकरणांच्या मर्यादांमुळे निवडण्यात आली होती. या सर्वसमावेशक विश्लेषणात या NADES फॉर्म्युलेशनच्या विविध औष्णिक-भौतिक गुणधर्मांचा सखोल अभ्यास समाविष्ट होता, ज्यामुळे विविध तापमान श्रेणींमध्ये त्यांचे वर्तन कसे असते हे उघड झाले. या विशिष्ट तापमान श्रेणीवर लक्ष केंद्रित केल्याने NADES च्या अशा गुणधर्मांविषयी अंतर्दृष्टी मिळते, जे अनेक उपयोगांसाठी विशेष महत्त्वाचे आहेत.
तयार केलेल्या NADES चा पृष्ठताण इंटरफेशियल टेन्शन मीटर (IFT700) वापरून २८९.१५ ते ३३३.१५ K या तापमान श्रेणीत मोजण्यात आला. विशिष्ट तापमान आणि दाबाच्या परिस्थितीत, मोठ्या प्रमाणात द्रव भरलेल्या चेंबरमध्ये केशिका सुईचा वापर करून NADES चे थेंब तयार केले जातात. आधुनिक इमेजिंग प्रणाली लॅपलास समीकरणाचा वापर करून आंतरपृष्ठताणाची गणना करण्यासाठी योग्य भौमितिक मापदंड सादर करतात.
२८९.१५ ते ३३३.१५ केल्विन या तापमान श्रेणीमध्ये, नुकत्याच तयार केलेल्या NADES चा अपवर्तनांक निश्चित करण्यासाठी ATAGO रिफ्रॅक्टोमीटरचा वापर करण्यात आला. हे उपकरण प्रकाशाच्या अपवर्तनाची पातळी मोजण्यासाठी तापमान नियंत्रित करण्याकरिता थर्मल मॉड्यूलचा वापर करते, ज्यामुळे स्थिर-तापमानाच्या वॉटर बाथची गरज भासत नाही. रिफ्रॅक्टोमीटरचा प्रिझम पृष्ठभाग स्वच्छ करावा आणि नमुन्याचे द्रावण त्यावर समान रीतीने पसरवावे. एका ज्ञात मानक द्रावणाने अंशांकन करा आणि नंतर स्क्रीनवरून अपवर्तनांक वाचा.
तयार केलेल्या NADES ची श्यानता २८९.१५ ते ३३३.१५ K या तापमान श्रेणीत, ब्रुकफील्ड रोटेशनल व्हिस्कोमीटर (क्रायोजेनिक प्रकार) वापरून ३० rpm च्या शियर रेटवर आणि ६ च्या स्पिंडल आकारावर मोजण्यात आली. व्हिस्कोमीटर द्रवरूप नमुन्यामध्ये स्पिंडलला स्थिर गतीने फिरवण्यासाठी लागणारे टॉर्क निश्चित करून श्यानता मोजतो. नमुना स्पिंडलखालील स्क्रीनवर ठेवून घट्ट केल्यानंतर, व्हिस्कोमीटर श्यानता सेंटिपॉइज (cP) मध्ये दाखवतो, ज्यामुळे द्रवाच्या रियोलॉजिकल गुणधर्मांविषयी मौल्यवान माहिती मिळते.
२८९.१५–३३३.१५ K या तापमान श्रेणीमध्ये, नव्याने तयार केलेल्या नैसर्गिक डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंटची (NDEES) घनता निश्चित करण्यासाठी DMA 35 बेसिक या पोर्टेबल घनता मापकाचा वापर करण्यात आला. या उपकरणामध्ये अंगभूत हीटर नसल्यामुळे, NADES घनता मापक वापरण्यापूर्वी त्याला निर्दिष्ट तापमानापर्यंत (± २ °C) पूर्व-तापवणे आवश्यक आहे. ट्यूबमधून किमान २ मिली नमुना घ्या, आणि घनता त्वरित स्क्रीनवर दिसेल. हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की, अंगभूत हीटर नसल्यामुळे, मापन परिणामांमध्ये ± २ °C ची त्रुटी आहे.
२८९.१५–३३३.१५ K या तापमान श्रेणीमध्ये नव्याने तयार केलेल्या NADES चा pH मोजण्यासाठी, आम्ही केनिस बेंचटॉप pH मीटर वापरला. यामध्ये अंगभूत हीटिंग उपकरण नसल्यामुळे, NADES ला प्रथम हॉटप्लेट वापरून इच्छित तापमानापर्यंत (±२ °C) गरम केले गेले आणि नंतर pH मीटरने थेट मोजले गेले. pH मीटरचा प्रोब NADES मध्ये पूर्णपणे बुडवा आणि रीडिंग स्थिर झाल्यावर अंतिम मूल्य नोंदवा.
नैसर्गिक डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट्सच्या (NADES) औष्णिक स्थिरतेचे मूल्यांकन करण्यासाठी थर्मोग्रॅव्हिमेट्रिक विश्लेषण (TGA) वापरण्यात आले. नमुने गरम करत असताना त्यांचे विश्लेषण करण्यात आले. उच्च-सुस्पष्टता तराजू वापरून आणि गरम करण्याच्या प्रक्रियेवर काळजीपूर्वक लक्ष ठेवून, वस्तुमान घट विरुद्ध तापमान यांचा आलेख तयार करण्यात आला. NADES ला ० ते ५०० °C पर्यंत प्रति मिनिट १ °C या दराने गरम करण्यात आले.
प्रक्रिया सुरू करण्यासाठी, NADES नमुना पूर्णपणे मिसळला पाहिजे, एकजीव केला पाहिजे आणि त्याच्या पृष्ठभागावरील ओलावा काढून टाकला पाहिजे. तयार केलेला नमुना नंतर TGA क्युव्हेटमध्ये ठेवला जातो, जो सामान्यतः ॲल्युमिनियमसारख्या निष्क्रिय पदार्थापासून बनलेला असतो. अचूक परिणाम सुनिश्चित करण्यासाठी, TGA उपकरणे संदर्भ सामग्री, सामान्यतः वजन मानकांचा वापर करून कॅलिब्रेट केली जातात. एकदा कॅलिब्रेट झाल्यावर, TGA प्रयोग सुरू होतो आणि नमुना नियंत्रित पद्धतीने, सामान्यतः स्थिर दराने गरम केला जातो. नमुन्याचे वजन आणि तापमान यांच्यातील संबंधाचे सतत निरीक्षण करणे हा प्रयोगाचा एक महत्त्वाचा भाग आहे. TGA उपकरणे तापमान, वजन आणि वायू प्रवाह किंवा नमुन्याचे तापमान यांसारख्या इतर पॅरामीटर्सवर डेटा गोळा करतात. एकदा TGA प्रयोग पूर्ण झाल्यावर, तापमानानुसार नमुन्याच्या वजनातील बदल निश्चित करण्यासाठी गोळा केलेल्या डेटाचे विश्लेषण केले जाते. ही माहिती नमुन्यातील भौतिक आणि रासायनिक बदलांशी संबंधित तापमान श्रेणी निश्चित करण्यासाठी मौल्यवान आहे, ज्यामध्ये वितळणे, बाष्पीभवन, ऑक्सिडेशन किंवा विघटन यांसारख्या प्रक्रियांचा समावेश आहे.
पाण्यावर आधारित ड्रिलिंग फ्लुइड API 13B-1 मानकानुसार काळजीपूर्वक तयार करण्यात आले असून, त्याची विशिष्ट रचना संदर्भासाठी तक्ता २ मध्ये दिली आहे. नॅचरल डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट (NADES) तयार करण्यासाठी सायट्रिक ॲसिड आणि ग्लिसरॉल (99 USP) मलेशियातील सिग्मा एल्ड्रिचकडून खरेदी करण्यात आले. याव्यतिरिक्त, पारंपरिक शेल इनहिबिटर पोटॅशियम क्लोराईड (KCl) देखील मलेशियातील सिग्मा एल्ड्रिचकडून खरेदी करण्यात आले. ९८% पेक्षा जास्त शुद्धता असलेले १-इथाइल, ३-मिथाइलइमिडाझोलियम क्लोराईड ([EMIM]Cl) निवडण्यात आले, कारण ड्रिलिंग फ्लुइडची रिओलॉजी सुधारण्यात आणि शेल इनहिबिशनमध्ये त्याचा लक्षणीय प्रभाव दिसून आला आहे, ज्याची पुष्टी मागील अभ्यासांमध्ये झाली आहे. NADES च्या शेल इनहिबिशन कामगिरीचे मूल्यांकन करण्यासाठी तुलनात्मक विश्लेषणात KCl आणि ([EMIM]Cl) या दोन्हींचा वापर केला जाईल.
शेलच्या फुगण्याचा अभ्यास करण्यासाठी अनेक संशोधक बेंटोनाइटचे तुकडे वापरण्यास प्राधान्य देतात, कारण बेंटोनाइटमध्ये तोच 'मॉन्टमोरिलोनाइट' गट असतो ज्यामुळे शेल फुगते. शेलचे खरे कोअर नमुने मिळवणे आव्हानात्मक असते, कारण कोअरिंग प्रक्रियेमुळे शेल अस्थिर होते. परिणामी, मिळणारे नमुने पूर्णपणे शेल नसून, त्यात सामान्यतः वाळूचा खडक आणि चुनखडकाच्या थरांचे मिश्रण असते. याव्यतिरिक्त, शेलच्या नमुन्यांमध्ये सामान्यतः शेल फुगण्यास कारणीभूत असलेल्या मॉन्टमोरिलोनाइट गटांची कमतरता असते आणि म्हणूनच ते फुगणे रोखण्याच्या प्रयोगांसाठी अयोग्य ठरतात.
या अभ्यासात, आम्ही अंदाजे २.५४ सेमी व्यासाचे पुनर्रचित बेंटोनाइट कण वापरले. ११.५ ग्रॅम सोडियम बेंटोनाइट पावडर हायड्रॉलिक प्रेसमध्ये १६०० पीएसआय दाबाने दाबून हे कण तयार करण्यात आले. लिनियर डायलेटोमीटरमध्ये (LD) ठेवण्यापूर्वी या कणांची जाडी अचूकपणे मोजण्यात आली. त्यानंतर हे कण ड्रिलिंग फ्लुइडच्या नमुन्यांमध्ये बुडवण्यात आले, ज्यात मूळ नमुने आणि शेलची सूज रोखण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या प्रतिबंधकांसह (inhibitors) इंजेक्ट केलेले नमुने यांचा समावेश होता. त्यानंतर LD वापरून कणांच्या जाडीतील बदलाचे काळजीपूर्वक निरीक्षण करण्यात आले आणि २४ तासांसाठी दर ६० सेकंदांच्या अंतराने मोजमाप नोंदवण्यात आले.
एक्स-रे विवर्तनाने असे दिसून आले की बेंटोनाइटची रचना, विशेषतः त्यातील ४७% मॉन्टमोरिलोनाइट घटक, ही त्याची भूवैज्ञानिक वैशिष्ट्ये समजून घेण्यासाठी एक महत्त्वाचा घटक आहे. बेंटोनाइटच्या मॉन्टमोरिलोनाइट घटकांमध्ये, मॉन्टमोरिलोनाइट हा मुख्य घटक असून, एकूण घटकांमध्ये त्याचा वाटा ८८.६% आहे. त्याचबरोबर, क्वार्ट्झचा वाटा २९%, इलाईटचा ७% आणि कार्बोनेटचा ९% आहे. एक लहान भाग (सुमारे ३.२%) हा इलाईट आणि मॉन्टमोरिलोनाइटचे मिश्रण आहे. याव्यतिरिक्त, त्यात Fe2O3 (४.७%), सिल्व्हर ॲल्युमिनोसिलिकेट (१.२%), मस्कोव्हाइट (४%) आणि फॉस्फेट (२.३%) यांसारखे अल्प प्रमाणात असलेले घटक आहेत. तसेच, Na2O (१.८३%) आणि आयर्न सिलिकेट (२.१७%) अल्प प्रमाणात उपस्थित आहेत, ज्यामुळे बेंटोनाइटचे घटक आणि त्यांचे संबंधित प्रमाण पूर्णपणे समजून घेणे शक्य होते.
या सर्वसमावेशक अभ्यास विभागात, नैसर्गिक डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट (NADES) वापरून तयार केलेल्या आणि ड्रिलिंग फ्लुइड अॅडिटिव्ह म्हणून वेगवेगळ्या सांद्रतेमध्ये (१%, ३% आणि ५%) वापरलेल्या ड्रिलिंग फ्लुइडच्या नमुन्यांच्या रिओलॉजिकल आणि फिल्ट्रेशन गुणधर्मांचा तपशील दिला आहे. त्यानंतर NADES आधारित स्लरी नमुन्यांची तुलना पोटॅशियम क्लोराईड (KCl), CC:युरिया DES (कोलीन क्लोराईड डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट:युरिया) आणि आयोनिक लिक्विड्स असलेल्या स्लरी नमुन्यांशी करण्यात आली आणि त्यांचे विश्लेषण केले गेले. या अभ्यासात अनेक महत्त्वाच्या पॅरामीटर्सचा समावेश होता, ज्यात १००°C आणि १५०°C तापमानात एजिंगच्या परिस्थितीत ठेवण्यापूर्वी आणि नंतर FANN व्हिस्कोमीटर वापरून घेतलेल्या व्हिस्कोसिटीच्या नोंदींचा समावेश आहे. ड्रिलिंग फ्लुइडच्या वर्तनाचे सर्वसमावेशक विश्लेषण करण्यासाठी, वेगवेगळ्या रोटेशन गतींवर (३ rpm, ६ rpm, ३०० rpm आणि ६०० rpm) मोजमाप घेण्यात आले. प्राप्त झालेल्या डेटाचा उपयोग नंतर यील्ड पॉइंट (YP) आणि प्लॅस्टिक व्हिस्कोसिटी (PV) यांसारखे महत्त्वाचे गुणधर्म निश्चित करण्यासाठी केला जाऊ शकतो, जे विविध परिस्थितींमध्ये फ्लुइडच्या कामगिरीबद्दल अंतर्दृष्टी प्रदान करतात. 400 psi आणि 150°C (उच्च तापमान विहिरींमधील सामान्य तापमान) वर उच्च दाब उच्च तापमान (HPHT) गाळण चाचण्या गाळण कार्यक्षमता (केकची जाडी आणि गाळलेल्या द्रवाचे प्रमाण) निर्धारित करतात.
आमच्या पाण्यावर आधारित ड्रिलिंग फ्लुइड्सच्या शेलची सूज रोखण्याच्या गुणधर्मांचे सखोल मूल्यांकन करण्यासाठी, या विभागात ग्रेस एचपीएचटी लिनियर डायलेटोमीटर (M4600) या अत्याधुनिक उपकरणाचा वापर केला जातो. एलएसएम (LSM) हे एक अत्याधुनिक मशीन असून त्यात दोन घटक आहेत: एक प्लेट कॉम्पॅक्टर आणि एक लिनियर डायलेटोमीटर (मॉडेल: M4600). ग्रेस कोअर/प्लेट कॉम्पॅक्टरचा वापर करून विश्लेषणासाठी बेंटोनाइट प्लेट्स तयार करण्यात आल्या. त्यानंतर एलएसएम या प्लेट्सवरील सूजेची तात्काळ माहिती पुरवते, ज्यामुळे शेलच्या सूज रोखण्याच्या गुणधर्मांचे सर्वसमावेशक मूल्यांकन करणे शक्य होते. शेल प्रसरण चाचण्या सभोवतालच्या परिस्थितीत, म्हणजेच २५°C आणि १ psia वर घेण्यात आल्या.
शेल स्थिरता चाचणीमध्ये एक प्रमुख चाचणी समाविष्ट असते, जिला अनेकदा शेल रिकव्हरी टेस्ट, शेल डिप टेस्ट किंवा शेल डिस्पर्शन टेस्ट म्हणून ओळखले जाते. या मूल्यांकनाची सुरुवात करण्यासाठी, शेल कटिंग्ज #6 BSS स्क्रीनवर वेगळे केले जातात आणि नंतर #10 स्क्रीनवर ठेवले जातात. त्यानंतर हे कटिंग्ज एका होल्डिंग टँकमध्ये टाकले जातात, जिथे ते बेस फ्लुइड आणि NADES (नॅचरल डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट) असलेल्या ड्रिलिंग मडमध्ये मिसळले जातात. पुढील पायरी म्हणजे हे मिश्रण एका ओव्हनमध्ये तीव्र हॉट रोलिंग प्रक्रियेसाठी ठेवणे, जेणेकरून कटिंग्ज आणि मड पूर्णपणे मिसळले जातील याची खात्री करता येते. १६ तासांनंतर, शेलचे विघटन होऊ देऊन कटिंग्ज लगद्यापासून वेगळे केले जातात, ज्यामुळे कटिंग्जच्या वजनात घट होते. शेल रिकव्हरी टेस्ट, शेल कटिंग्जला ड्रिलिंग मडमध्ये १५०°C आणि १००० psi दाबावर २४ तासांच्या आत ठेवल्यानंतर घेण्यात आली.
शेल चिखलाची पुनर्प्राप्ती मोजण्यासाठी, आम्ही ते एका बारीक चाळणीतून (४० मेश) गाळले, नंतर पाण्याने पूर्णपणे धुतले आणि शेवटी ओव्हनमध्ये वाळवले. या कष्टसाध्य प्रक्रियेमुळे आम्हाला मूळ वजनाच्या तुलनेत पुनर्प्राप्त झालेल्या चिखलाचा अंदाज लावता येतो आणि अखेरीस यशस्वीरित्या पुनर्प्राप्त झालेल्या शेल चिखलाची टक्केवारी मोजता येते. शेल नमुन्यांचा स्रोत मलेशियातील सारावाक, मिरी जिल्ह्यातील नियाह जिल्हा आहे. विखुरण आणि पुनर्प्राप्ती चाचण्यांपूर्वी, शेल नमुन्यांमधील चिकणमातीच्या घटकांचे प्रमाण निश्चित करण्यासाठी आणि चाचणीसाठी त्यांची योग्यता तपासण्यासाठी त्यांचे सखोल एक्स-रे विवर्तन (XRD) विश्लेषण करण्यात आले. नमुन्यातील चिकणमातीच्या खनिजांची रचना खालीलप्रमाणे आहे: इलाईट १८%, केओलिनाइट ३१%, क्लोराइट २२%, व्हर्मिक्युलाइट १०%, आणि अभ्रक १९%.
केशिका क्रियेद्वारे शेलच्या सूक्ष्मरंध्रांमध्ये पाण्याच्या कॅटायन्सच्या प्रवेशावर नियंत्रण ठेवणारा पृष्ठताण हा एक महत्त्वाचा घटक आहे, ज्याचा या विभागात सविस्तर अभ्यास केला जाईल. हा शोधनिबंध ड्रिलिंग द्रवांच्या एकसंध गुणधर्मामध्ये पृष्ठताणाच्या भूमिकेचे परीक्षण करतो, आणि ड्रिलिंग प्रक्रियेवर, विशेषतः शेल अवरोधनावर, होणाऱ्या त्याच्या महत्त्वपूर्ण प्रभावावर प्रकाश टाकतो. आम्ही ड्रिलिंग द्रवाच्या नमुन्यांचा पृष्ठताण अचूकपणे मोजण्यासाठी इंटरफेशियल टेन्सिओमीटर (IFT700) वापरला, ज्यामुळे शेल अवरोधनाच्या संदर्भात द्रवाच्या वर्तनाचा एक महत्त्वाचा पैलू समोर आला.
या विभागात डी-लेयर स्पेसिंगची सविस्तर चर्चा केली आहे, जे चिकणमातीमधील ॲल्युमिनोसिलिकेट थरांमधील आणि एका ॲल्युमिनोसिलिकेट थरामधील आंतर-थरीय अंतर आहे. या विश्लेषणात १%, ३% आणि ५% सीए एनएडीईएस (CA NADES) असलेले ओले चिखलाचे नमुने, तसेच तुलनेसाठी ३% केसीएल (KCl), ३% [ईएमआयएम]सीएल ([EMIM]Cl) आणि ३% सीसी:युरिया आधारित डीईएस (DES) यांचा समावेश होता. ओल्या आणि कोरड्या दोन्ही Na-Bt नमुन्यांच्या एक्स-रे विवर्तन शिखरांची नोंद करण्यासाठी, ४० एमए (mA) आणि ४५ केव्ही (kV) वर चालणाऱ्या आणि क्यू-केα (Cu-Kα) किरणोत्सर्ग (λ = १.५४०५९ Å) वापरणाऱ्या एका अत्याधुनिक बेंचटॉप एक्स-रे विवर्तनमापकाने (D2 फेझर) महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावली. ब्रॅग समीकरणाच्या वापरामुळे डी-लेयर स्पेसिंगचे अचूक निर्धारण करणे शक्य होते, ज्यामुळे चिकणमातीच्या वर्तनाविषयी मौल्यवान माहिती मिळते.
या विभागात झेटा पोटेन्शिअल अचूकपणे मोजण्यासाठी प्रगत माल्व्हर्न झेटासायझर नॅनो ZSP उपकरणाचा वापर केला आहे. या मूल्यांकनाने तुलनात्मक विश्लेषणासाठी १%, ३%, आणि ५% CA NADES, तसेच ३% KCl, ३% [EMIM]Cl, आणि ३% CC:युरिया-आधारित DES असलेल्या विरल चिखलाच्या नमुन्यांच्या चार्ज वैशिष्ट्यांविषयी मौल्यवान माहिती प्रदान केली. हे परिणाम कलिल संयुगांची स्थिरता आणि द्रवांमधील त्यांच्या आंतरक्रियांबद्दलची आपली समज वाढवतात.
एनर्जी डिसपर्सिव्ह एक्स-रे (EDX) ने सुसज्ज असलेल्या झाईस सुप्रा ५५ व्हीपी फील्ड एमिशन स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप (FESEM) चा वापर करून, नैसर्गिक डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट (NADES) च्या संपर्कात येण्यापूर्वी आणि नंतर मातीच्या नमुन्यांची तपासणी करण्यात आली. इमेजिंग रिझोल्यूशन ५०० एनएम होते आणि इलेक्ट्रॉन बीमची ऊर्जा ३० केव्ही व ५० केव्ही होती. FESEM मातीच्या नमुन्यांच्या पृष्ठभागाची रचना आणि संरचनात्मक वैशिष्ट्यांचे उच्च-रिझोल्यूशन व्हिज्युअलायझेशन प्रदान करते. संपर्कात येण्यापूर्वी आणि नंतर मिळालेल्या प्रतिमांची तुलना करून, NADES चा मातीच्या नमुन्यांवर होणाऱ्या परिणामाबद्दल माहिती मिळवणे हा या अभ्यासाचा उद्देश होता.
या अभ्यासात, सूक्ष्म स्तरावर चिकणमातीच्या नमुन्यांवर NADES च्या परिणामाचा अभ्यास करण्यासाठी फील्ड एमिशन स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (FESEM) तंत्रज्ञानाचा वापर करण्यात आला. NADES चे संभाव्य उपयोग आणि चिकणमातीच्या आकारविज्ञानावर व सरासरी कणांच्या आकारावर होणारा त्याचा परिणाम स्पष्ट करणे, हा या अभ्यासाचा उद्देश आहे, ज्यामुळे या क्षेत्रातील संशोधनासाठी मौल्यवान माहिती मिळेल.
या अभ्यासात, प्रायोगिक परिस्थितींमधील सरासरी टक्केवारी त्रुटीची (AMPE) परिवर्तनशीलता आणि अनिश्चितता दृष्य स्वरूपात वर्णन करण्यासाठी एरर बारचा वापर करण्यात आला. वैयक्तिक AMPE मूल्ये आलेखित करण्याऐवजी (कारण AMPE मूल्ये आलेखित केल्याने ट्रेंड अस्पष्ट होऊ शकतात आणि लहान बदल मोठे दिसू शकतात), आम्ही ५% नियमाचा वापर करून एरर बारची गणना करतो. ही पद्धत सुनिश्चित करते की प्रत्येक एरर बार त्या अंतरालाचे प्रतिनिधित्व करतो, ज्यामध्ये ९५% विश्वासार्हता अंतराल आणि १००% AMPE मूल्ये येण्याची अपेक्षा असते, ज्यामुळे प्रत्येक प्रायोगिक परिस्थितीसाठी डेटा वितरणाचा अधिक स्पष्ट आणि संक्षिप्त सारांश मिळतो. अशा प्रकारे ५% नियमावर आधारित एरर बारचा वापर केल्याने आलेखात्मक सादरीकरणाची अर्थबोधकता आणि विश्वसनीयता सुधारते आणि निकालांची व त्यांच्या परिणामांची अधिक तपशीलवार समज मिळविण्यात मदत होते.
नैसर्गिक डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट्सच्या (NADES) संश्लेषणात, अंतर्गत तयारी प्रक्रियेदरम्यान अनेक महत्त्वाच्या मापदंडांचा काळजीपूर्वक अभ्यास करण्यात आला. या महत्त्वपूर्ण घटकांमध्ये तापमान, मोलर गुणोत्तर आणि मिश्रणाचा वेग यांचा समावेश आहे. आमच्या प्रयोगांवरून असे दिसून येते की, जेव्हा HBA (सायट्रिक ॲसिड) आणि HBD (ग्लिसरॉल) यांना ५०°C तापमानावर १:४ च्या मोलर गुणोत्तराने मिसळले जाते, तेव्हा एक युटेक्टिक मिश्रण तयार होते. या युटेक्टिक मिश्रणाचे वैशिष्ट्य म्हणजे त्याचे पारदर्शक, एकसंध स्वरूप आणि गाळाचा अभाव. अशाप्रकारे, ही महत्त्वाची पायरी मोलर गुणोत्तर, तापमान आणि मिश्रणाचा वेग यांचे महत्त्व अधोरेखित करते, ज्यापैकी आकृती २ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, DES आणि NADES च्या निर्मितीमध्ये मोलर गुणोत्तर हा सर्वात प्रभावी घटक होता.
अपवर्तनांक (n) हा निर्वात पोकळीतील प्रकाशाच्या वेगाचे, दुसऱ्या, अधिक घन माध्यमातील प्रकाशाच्या वेगाशी असलेले गुणोत्तर दर्शवतो. बायोसेन्सर्ससारख्या प्रकाशीय संवेदनशील अनुप्रयोगांचा विचार करताना, नैसर्गिक डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट्ससाठी (NADES) अपवर्तनांक विशेष महत्त्वाचा ठरतो. अभ्यास केलेल्या NADES चा २५ °C तापमानावर अपवर्तनांक १.४५२ होता, जो विशेष म्हणजे ग्लिसरॉलच्या अपवर्तनांकापेक्षा कमी आहे.
हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की NADES चा अपवर्तनांक तापमानानुसार कमी होतो, आणि हा कल सूत्र (1) आणि आकृती 3 द्वारे अचूकपणे वर्णन केला जाऊ शकतो, ज्यामध्ये निरपेक्ष सरासरी टक्केवारी त्रुटी (AMPE) 0% पर्यंत पोहोचते. या तापमान-अवलंबित वर्तनाचे स्पष्टीकरण असे आहे की, उच्च तापमानात श्यानता आणि घनता कमी होते, ज्यामुळे प्रकाश माध्यमातून अधिक वेगाने प्रवास करतो आणि परिणामी अपवर्तनांक (n) चे मूल्य कमी होते. हे परिणाम ऑप्टिकल सेन्सिंगमध्ये NADES च्या धोरणात्मक वापराविषयी मौल्यवान अंतर्दृष्टी प्रदान करतात आणि बायोसेन्सर अनुप्रयोगांसाठी त्यांची क्षमता अधोरेखित करतात.
पृष्ठभागीय ताण, जो द्रवाच्या पृष्ठभागाची स्वतःचे क्षेत्रफळ कमी करण्याची प्रवृत्ती दर्शवतो, तो केशिका दाबावर आधारित अनुप्रयोगांसाठी नैसर्गिक डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट्सची (NADES) उपयुक्तता तपासण्यात अत्यंत महत्त्वाचा आहे. २५-६० °C तापमान श्रेणीतील पृष्ठभागीय ताणाचा अभ्यास मौल्यवान माहिती देतो. २५ °C तापमानावर, सायट्रिक ॲसिड-आधारित NADES चा पृष्ठभागीय ताण ५५.४२ mN/m होता, जो पाणी आणि ग्लिसरॉलच्या तुलनेत लक्षणीयरीत्या कमी आहे. आकृती ४ दर्शवते की तापमान वाढल्याने पृष्ठभागीय ताण लक्षणीयरीत्या कमी होतो. या घटनेचे स्पष्टीकरण आण्विक गतिज ऊर्जेतील वाढ आणि त्यानंतर आंतरआण्विक आकर्षण शक्तींमधील घट यांद्वारे दिले जाऊ शकते.
अभ्यासलेल्या NADES मध्ये आढळलेला पृष्ठताणाचा रेषीय घटता कल समीकरण (2) द्वारे चांगल्या प्रकारे व्यक्त केला जाऊ शकतो, जे 25–60 °C तापमान श्रेणीतील मूलभूत गणितीय संबंध स्पष्ट करते. आकृती 4 मधील आलेख 1.4% च्या निरपेक्ष सरासरी टक्केवारी त्रुटीसह (AMPE) तापमानानुसार पृष्ठताणाचा कल स्पष्टपणे दर्शवतो, जे नोंदवलेल्या पृष्ठताण मूल्यांची अचूकता सिद्ध करते. या निष्कर्षांचे NADES चे वर्तन आणि त्याचे संभाव्य उपयोग समजून घेण्यासाठी महत्त्वपूर्ण परिणाम आहेत.
नैसर्गिक डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट्सच्या (NADES) घनतेची गतिशीलता समजून घेणे, अनेक वैज्ञानिक अभ्यासांमध्ये त्यांचा वापर सुलभ करण्यासाठी महत्त्वपूर्ण आहे. २५°C तापमानावर सायट्रिक ॲसिड-आधारित NADES ची घनता १.३६१ ग्रॅम/सेमी³ आहे, जी मूळ ग्लिसरॉलच्या घनतेपेक्षा जास्त आहे. ग्लिसरॉलमध्ये हायड्रोजन बाँड स्वीकारणारा (सायट्रिक ॲसिड) जोडल्यामुळे हा फरक स्पष्ट करता येतो.
सायट्रेट-आधारित NADES चे उदाहरण घेतल्यास, 60°C तापमानावर त्याची घनता 1.19 g/cm3 पर्यंत कमी होते. गरम केल्यावर गतिज ऊर्जेत वाढ झाल्यामुळे NADES चे रेणू विखुरतात, ज्यामुळे ते अधिक जागा व्यापतात आणि परिणामी घनतेत घट होते. घनतेतील ही घट तापमानातील वाढीशी एक विशिष्ट रेषीय सहसंबंध दर्शवते, जो सूत्र (3) द्वारे योग्यरित्या व्यक्त केला जाऊ शकतो. आकृती 5 मध्ये NADES घनतेतील बदलाची ही वैशिष्ट्ये 1.12% च्या निरपेक्ष सरासरी टक्केवारी त्रुटीसह (AMPE) आलेखाद्वारे सादर केली आहेत, जे नोंदवलेल्या घनतेच्या मूल्यांच्या अचूकतेचे परिमाणात्मक मोजमाप प्रदान करते.
श्यानता म्हणजे गतिमान द्रवाच्या वेगवेगळ्या थरांमधील आकर्षण शक्ती असून, विविध उपयोगांमध्ये नैसर्गिक डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट्सची (NADES) उपयुक्तता समजून घेण्यात ती महत्त्वाची भूमिका बजावते. २५ °C तापमानावर, NADES ची श्यानता ९५१ cP होती, जी ग्लिसरॉलपेक्षा जास्त आहे.
वाढत्या तापमानासह श्यानतेमध्ये दिसून येणारी घट मुख्यत्वे आंतररेणवीय आकर्षण शक्तींच्या कमकुवतपणामुळे स्पष्ट होते. या घटनेमुळे द्रवाच्या श्यानतेमध्ये घट होते, हा कल आकृती ६ मध्ये स्पष्टपणे दर्शविला आहे आणि समीकरण (४) द्वारे त्याचे परिमाणीकरण केले आहे. विशेष म्हणजे, ६०°C तापमानावर, श्यानता ८९८ cP पर्यंत कमी होते, ज्यामध्ये एकूण सरासरी टक्केवारी त्रुटी (AMPE) १.४% असते. NADES मधील श्यानता विरुद्ध तापमान अवलंबित्व याचे सविस्तर आकलन त्याच्या व्यावहारिक उपयोगासाठी अत्यंत महत्त्वाचे आहे.
हायड्रोजन आयनच्या सांद्रतेच्या ऋण लॉगरिथमद्वारे निर्धारित होणारा द्रावणाचा pH, विशेषतः DNA संश्लेषणासारख्या pH-संवेदनशील अनुप्रयोगांमध्ये अत्यंत महत्त्वाचा असतो, त्यामुळे NADES वापरण्यापूर्वी त्याच्या pH चा काळजीपूर्वक अभ्यास करणे आवश्यक आहे. सायट्रिक ॲसिड-आधारित NADES चे उदाहरण घेतल्यास, 1.91 इतका स्पष्टपणे आम्लधर्मी pH आढळून येतो, जो ग्लिसरॉलच्या तुलनेने उदासीन pH च्या अगदी विरुद्ध आहे.
विशेष म्हणजे, नैसर्गिक सायट्रिक ॲसिड डिहायड्रोजनेजमध्ये विरघळणाऱ्या द्रावकाचा (NADES) pH, वाढत्या तापमानानुसार अरेखीय पद्धतीने कमी होत असल्याचे दिसून आले. या घटनेचे कारण म्हणजे वाढलेले आण्विक कंपन, जे द्रावणातील H+ चे संतुलन बिघडवतात, ज्यामुळे [H]+ आयन तयार होतात आणि परिणामी pH मूल्यात बदल होतो. सायट्रिक ॲसिडचा नैसर्गिक pH ३ ते ५ च्या दरम्यान असतो, तर ग्लिसरॉलमधील आम्लधर्मी हायड्रोजनच्या उपस्थितीमुळे pH आणखी कमी होऊन १.९१ होतो.
25–60 °C तापमानाच्या श्रेणीमध्ये सायट्रेट-आधारित NADES चे pH वर्तन समीकरण (5) द्वारे योग्यरित्या दर्शविले जाऊ शकते, जे निरीक्षित pH प्रवृत्तीसाठी एक गणितीय अभिव्यक्ती प्रदान करते. आकृती 7 हे मनोरंजक संबंध आलेखाद्वारे दर्शवते, NADES च्या pH वर तापमानाचा होणारा परिणाम अधोरेखित करते, जो AMPE साठी 1.4% असल्याचे नोंदवले गेले आहे.
नैसर्गिक सायट्रिक ॲसिड डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंटचे (NADES) थर्मोग्रॅव्हिमेट्रिक विश्लेषण (TGA) खोलीच्या तापमानापासून ५०० °C पर्यंतच्या तापमान श्रेणीत पद्धतशीरपणे करण्यात आले. आकृती ८अ आणि ८ब वरून पाहिल्याप्रमाणे, १०० °C पर्यंतची सुरुवातीची वस्तुमान घट ही मुख्यत्वे शोषलेल्या पाण्यामुळे आणि सायट्रिक ॲसिड व शुद्ध ग्लिसरॉलशी संबंधित हायड्रेशन पाण्यामुळे होती. १८० °C पर्यंत सुमारे ८८% वस्तुमान टिकून राहिल्याचे दिसून आले, जे मुख्यत्वे सायट्रिक ॲसिडचे ॲकोनिटिक ॲसिडमध्ये विघटन आणि त्यानंतर पुढील तापमानामुळे मिथाइलमॅलेइक ॲनहायड्राइड(III) ची निर्मिती झाल्यामुळे होते (आकृती ८ब). १८० °C च्या वर, ग्लिसरॉलमध्ये ॲक्रोलीन (ॲक्रिलाल्डिहाइड) चे स्पष्ट अस्तित्व देखील दिसून आले, जसे की आकृती ८ब३७ मध्ये दाखवले आहे.
ग्लिसरॉलच्या थर्मोग्रॅव्हिमेट्रिक विश्लेषणातून (TGA) वस्तुमान घटण्याची दोन-टप्प्यांची प्रक्रिया दिसून आली. सुरुवातीच्या टप्प्यात (१८० ते २२० °C) ॲक्रोलीनची निर्मिती होते, त्यानंतर २३० ते ३०० °C या उच्च तापमानात वस्तुमानात लक्षणीय घट होते (आकृती ८अ). तापमान वाढल्याने, ॲसिटाल्डिहाइड, कार्बन डायऑक्साइड, मिथेन आणि हायड्रोजन हे अनुक्रमे तयार होतात. विशेष म्हणजे, ३०० °C तापमानावर केवळ २८% वस्तुमान टिकून राहिले, यावरून असे सूचित होते की NADES 8(a)38,39 चे मूळ गुणधर्म सदोष असू शकतात.
नवीन रासायनिक बंधांच्या निर्मितीबद्दल माहिती मिळवण्यासाठी, नैसर्गिक डीप युटेक्टिक सॉल्व्हेंट्सच्या (NADES) ताज्या तयार केलेल्या निलंबनांचे फूरियर ट्रान्सफॉर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (FTIR) द्वारे विश्लेषण करण्यात आले. हे विश्लेषण NADES निलंबनाच्या स्पेक्ट्रमची तुलना शुद्ध सायट्रिक ॲसिड (CA) आणि ग्लिसरॉल (Gly) यांच्या स्पेक्ट्रमशी करून करण्यात आले. CA स्पेक्ट्रममध्ये 1752 1/cm आणि 1673 1/cm वर स्पष्ट शिखरे दिसली, जी C=O बंधाच्या ताण कंपनांचे प्रतिनिधित्व करतात आणि CA चे वैशिष्ट्य देखील आहेत. याव्यतिरिक्त, आकृती 9 मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, फिंगरप्रिंट प्रदेशात 1360 1/cm वरील OH वाक कंपनामध्ये एक लक्षणीय बदल दिसून आला.
त्याचप्रमाणे, ग्लिसरॉलच्या बाबतीत, OH स्ट्रेचिंग आणि बेंडिंग व्हायब्रेशन्सचे शिफ्ट्स अनुक्रमे 3291 1/cm आणि 1414 1/cm या वेव्हनंबर्सवर आढळले. आता, तयार केलेल्या NADES च्या स्पेक्ट्रमचे विश्लेषण केल्यावर, स्पेक्ट्रममध्ये एक लक्षणीय शिफ्ट आढळला. आकृती 7 मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, C=O बाँडचे स्ट्रेचिंग व्हायब्रेशन 1752 1/cm वरून 1720 1/cm पर्यंत शिफ्ट झाले आणि ग्लिसरॉलच्या -OH बाँडचे बेंडिंग व्हायब्रेशन 1414 1/cm वरून 1359 1/cm पर्यंत शिफ्ट झाले. वेव्हनंबर्समधील हे शिफ्ट्स इलेक्ट्रोनेगेटिव्हिटीमधील बदल दर्शवतात, जे NADES च्या संरचनेत नवीन रासायनिक बंधांची निर्मिती दर्शवते.