Terima kasih kerana melayari nature.com. Versi pelayar yang anda gunakan mempunyai sokongan CSS yang terhad. Untuk pengalaman terbaik, kami mengesyorkan menggunakan versi pelayar terkini (atau mematikan mod keserasian dalam Internet Explorer). Selain itu, untuk memastikan sokongan berterusan, laman web ini tidak akan menyertakan gaya atau JavaScript.
Pengembangan syal dalam takungan klastik menimbulkan masalah yang ketara, yang membawa kepada ketidakstabilan telaga. Atas sebab-sebab alam sekitar, penggunaan bendalir penggerudian berasaskan air dengan perencat syal tambahan adalah lebih disukai berbanding bendalir penggerudian berasaskan minyak. Cecair ionik (IL) telah menarik banyak perhatian sebagai perencat syal kerana sifatnya yang boleh ditala dan ciri elektrostatik yang kuat. Walau bagaimanapun, cecair ionik (IL) berasaskan imidazolil, yang digunakan secara meluas dalam bendalir penggerudian, telah terbukti toksik, tidak terbiodegradasi dan mahal. Pelarut eutektik dalam (DES) dianggap sebagai alternatif yang lebih kos efektif dan kurang toksik kepada cecair ionik, tetapi ia masih kurang memenuhi kemampanan alam sekitar yang diperlukan. Kemajuan terkini dalam bidang ini telah membawa kepada pengenalan pelarut eutektik dalam semula jadi (NADES), yang dikenali kerana keramahan alam sekitar sebenar mereka. Kajian ini mengkaji NADES, yang mengandungi asid sitrik (sebagai penerima ikatan hidrogen) dan gliserol (sebagai penderma ikatan hidrogen) sebagai bahan tambahan bendalir penggerudian. Bendalir penggerudian berasaskan NADES telah dibangunkan mengikut API 13B-1 dan prestasinya dibandingkan dengan bendalir penggerudian berasaskan kalium klorida, cecair ionik berasaskan imidazolium, dan bendalir penggerudian berasaskan kolina klorida:urea-DES. Sifat fizikokimia NADES proprietari diterangkan secara terperinci. Sifat reologi, kehilangan bendalir, dan sifat perencatan syal bendalir penggerudian telah dinilai semasa kajian, dan ditunjukkan bahawa pada kepekatan 3% NADES, nisbah tegasan alah/kelikatan plastik (YP/PV) meningkat, ketebalan kek lumpur berkurangan sebanyak 26%, dan isipadu turasan berkurangan sebanyak 30.1%. Terutamanya, NADES mencapai kadar perencatan pengembangan yang mengagumkan sebanyak 49.14% dan meningkatkan pengeluaran syal sebanyak 86.36%. Keputusan ini dikaitkan dengan keupayaan NADES untuk mengubah suai aktiviti permukaan, potensi zeta, dan jarak antara lapisan tanah liat, yang dibincangkan dalam kertas ini untuk memahami mekanisme yang mendasarinya. Bendalir penggerudian lestari ini dijangka akan merevolusikan industri penggerudian dengan menyediakan alternatif yang tidak toksik, kos efektif dan sangat berkesan kepada perencat kakisan syal tradisional, sekali gus membuka jalan kepada amalan penggerudian mesra alam.
Syal merupakan batuan serba boleh yang berfungsi sebagai sumber dan takungan hidrokarbon, dan struktur berliangnya1 menyediakan potensi untuk pengeluaran dan penyimpanan sumber-sumber berharga ini. Walau bagaimanapun, syal kaya dengan mineral tanah liat seperti montmorilonit, smektit, kaolinit dan ilit, yang menjadikannya mudah mengembang apabila terdedah kepada air, yang membawa kepada ketidakstabilan telaga semasa operasi penggerudian2,3. Isu-isu ini boleh menyebabkan masa tidak produktif (NPT) dan pelbagai masalah operasi termasuk paip tersekat, kehilangan peredaran lumpur, keruntuhan telaga dan pengotoran bit, meningkatkan masa dan kos pemulihan. Secara tradisinya, bendalir penggerudian berasaskan minyak (OBDF) telah menjadi pilihan utama untuk pembentukan syal kerana keupayaannya untuk menahan pengembangan syal4. Walau bagaimanapun, penggunaan bendalir penggerudian berasaskan minyak melibatkan kos yang lebih tinggi dan risiko alam sekitar. Bendalir penggerudian berasaskan sintetik (SBDF) telah dianggap sebagai alternatif, tetapi kesesuaiannya pada suhu tinggi tidak memuaskan. Bendalir penggerudian berasaskan air (WBDF) adalah penyelesaian yang menarik kerana ia lebih selamat, lebih mesra alam dan lebih kos efektif daripada OBDF5. Pelbagai perencat syal telah digunakan untuk meningkatkan keupayaan perencatan syal WBDF, termasuk perencat tradisional seperti kalium klorida, kapur, silikat dan polimer. Walau bagaimanapun, perencat ini mempunyai batasan dari segi keberkesanan dan impak alam sekitar, terutamanya disebabkan oleh kepekatan K+ yang tinggi dalam perencat kalium klorida dan kepekaan pH silikat.6 Penyelidik telah meneroka kemungkinan menggunakan cecair ionik sebagai bahan tambahan bendalir penggerudian untuk meningkatkan reologi bendalir penggerudian dan mencegah pembengkakan syal dan pembentukan hidrat. Walau bagaimanapun, cecair ionik ini, terutamanya yang mengandungi kation imidazolil, secara amnya toksik, mahal, tidak terbiodegradasi dan memerlukan proses penyediaan yang kompleks. Untuk menyelesaikan masalah ini, orang ramai mula mencari alternatif yang lebih menjimatkan dan mesra alam, yang membawa kepada kemunculan pelarut eutektik dalam (DES). DES ialah campuran eutektik yang dibentuk oleh penderma ikatan hidrogen (HBD) dan penerima ikatan hidrogen (HBA) pada nisbah molar dan suhu tertentu. Campuran eutektik ini mempunyai takat lebur yang lebih rendah daripada komponen individu mereka, terutamanya disebabkan oleh penyahlokalisasian cas yang disebabkan oleh ikatan hidrogen. Banyak faktor, termasuk tenaga kekisi, perubahan entropi, dan interaksi antara anion dan HBD, memainkan peranan penting dalam menurunkan takat lebur DES.
Dalam kajian terdahulu, pelbagai bahan tambahan telah ditambah kepada bendalir penggerudian berasaskan air untuk menyelesaikan masalah pengembangan syal. Contohnya, Ofei et al. menambah 1-butil-3-metilimidazolium klorida (BMIM-Cl) dengan ketara, yang mengurangkan ketebalan kek lumpur (sehingga 50%) dan menurunkan nilai YP/PV sebanyak 11 pada suhu yang berbeza. Huang et al. menggunakan cecair ionik (khususnya, 1-heksil-3-metilimidazolium bromida dan 1,2-bis(3-heksilimidazol-1-il)etana bromida) dalam kombinasi dengan zarah Na-Bt dan mengurangkan pembengkakan syal dengan ketara masing-masing sebanyak 86.43% dan 94.17%. Di samping itu, Yang et al. menggunakan 1-vinil-3-dodesilimidazolium bromida dan 1-vinil-3-tetradesilimidazolium bromida untuk mengurangkan pembengkakan syal masing-masing sebanyak 16.91% dan 5.81%. 13 Yang et al. juga menggunakan 1-vinil-3-etilimidazolium bromida dan mengurangkan pengembangan syal sebanyak 31.62% sambil mengekalkan pemulihan syal pada 40.60%. 14 Di samping itu, Luo et al. menggunakan 1-oktil-3-metilimidazolium tetrafluoroborat untuk mengurangkan pembengkakan syal sebanyak 80%. 15, 16 Dai et al. menggunakan kopolimer cecair ionik untuk menghalang syal dan mencapai peningkatan pemulihan linear sebanyak 18% berbanding perencat amina. 17
Cecair ionik sendiri mempunyai beberapa kelemahan, yang mendorong saintis untuk mencari alternatif yang lebih mesra alam berbanding cecair ionik, dan dengan itu DES dilahirkan. Hanjia merupakan orang pertama yang menggunakan pelarut eutektik dalam (DES) yang terdiri daripada asid vinil klorida propionik (1:1), asid vinil klorida 3-fenilpropionik (1:2), dan asid 3-merkaptopropionik + asid itakonik + vinil klorida (1:1:2), yang menghalang pembengkakan bentonit masing-masing sebanyak 68%, 58%, dan 58%18. Dalam eksperimen bebas, MH Rasul menggunakan nisbah gliserol dan kalium karbonat (DES) 2:1 dan mengurangkan pembengkakan sampel syal dengan ketara sebanyak 87%.19,20. Ma menggunakan urea:vinil klorida untuk mengurangkan pengembangan syal dengan ketara sebanyak 67%.21 Rasul et al. Gabungan DES dan polimer digunakan sebagai perencat syal dwi-tindakan, yang mencapai kesan perencatan syal yang sangat baik22.
Walaupun pelarut eutektik dalam (DES) secara amnya dianggap sebagai alternatif yang lebih mesra alam kepada cecair ionik, ia juga mengandungi komponen yang berpotensi toksik seperti garam ammonium, yang menjadikan keramahan alamnya dipersoalkan. Masalah ini telah membawa kepada pembangunan pelarut eutektik dalam semula jadi (NADES). Ia masih dikelaskan sebagai DES, tetapi terdiri daripada bahan dan garam semula jadi, termasuk kalium klorida (KCl), kalsium klorida (CaCl2), garam Epsom (MgSO4.7H2O), dan lain-lain. Pelbagai kombinasi berpotensi DES dan NADES membuka skop yang luas untuk penyelidikan dalam bidang ini dan dijangka akan menemui aplikasi dalam pelbagai bidang. Beberapa penyelidik telah berjaya membangunkan kombinasi DES baharu yang telah terbukti berkesan dalam pelbagai aplikasi. Contohnya, Naser et al. 2013 mensintesis DES berasaskan kalium karbonat dan mengkaji sifat termofiziknya, yang kemudiannya menemui aplikasi dalam bidang perencatan hidrat, bahan tambahan bendalir penggerudian, delignifikasi dan nanofibrilasi. 23 Jordy Kim dan rakan sekerja membangunkan NADES berasaskan asid askorbik dan menilai sifat antioksidannya dalam pelbagai aplikasi. 24 Christer et al. telah membangunkan NADES berasaskan asid sitrik dan mengenal pasti potensinya sebagai eksipien untuk produk kolagen. 25 Liu Yi dan rakan sekerja meringkaskan aplikasi NADES sebagai media pengekstrakan dan kromatografi dalam tinjauan komprehensif, manakala Misan et al. membincangkan kejayaan aplikasi NADES dalam sektor makanan pertanian. Adalah penting bagi penyelidik bendalir penggerudian untuk mula memberi perhatian kepada keberkesanan NADES dalam aplikasi mereka. baru-baru ini. Pada tahun 2023, Rasul et al. menggunakan kombinasi pelarut eutektik dalam semula jadi yang berbeza berdasarkan asid askorbik26, kalsium klorida27, kalium klorida28 dan garam Epsom29 dan mencapai perencatan syal dan pemulihan syal yang mengagumkan. Kajian ini merupakan salah satu kajian pertama yang memperkenalkan NADES (terutamanya formulasi berasaskan asid sitrik dan gliserol) sebagai perencat syal yang mesra alam dan berkesan dalam bendalir penggerudian berasaskan air, yang mempunyai kestabilan persekitaran yang sangat baik, keupayaan perencatan syal yang lebih baik dan prestasi bendalir yang lebih baik berbanding perencat tradisional seperti KCl, cecair ionik berasaskan imidazolil dan DES tradisional.
Kajian ini akan melibatkan penyediaan NADES berasaskan asid sitrik (CA) secara dalaman diikuti dengan pencirian fizikokimia terperinci dan penggunaannya sebagai bahan tambahan bendalir penggerudian untuk menilai sifat bendalir penggerudian dan keupayaan perencatan pembengkakannya. Dalam kajian ini, CA akan bertindak sebagai penerima ikatan hidrogen manakala gliserol (Gly) akan bertindak sebagai penderma ikatan hidrogen yang dipilih berdasarkan kriteria penyaringan MH untuk pembentukan/pemilihan NADES dalam kajian perencatan syal30. Pengukuran spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR), pembelauan sinar-X (XRD) dan potensi zeta (ZP) akan menjelaskan interaksi NADES-tanah liat dan mekanisme yang mendasari perencatan pembengkakan tanah liat. Selain itu, kajian ini akan membandingkan bendalir penggerudian berasaskan CA NADES dengan DES32 berdasarkan 1-etil-3-metilimidazolium klorida [EMIM]Cl7,12,14,17,31, KCl dan kolina klorida:urea (1:2) untuk mengkaji keberkesanannya dalam perencatan syal dan meningkatkan prestasi bendalir penggerudian.
Asid sitrik (monohidrat), gliserol (99 USP), dan urea telah dibeli daripada EvaChem, Kuala Lumpur, Malaysia. Kolina klorida (>98%), [EMIM]Cl 98%, dan kalium klorida telah dibeli daripada Sigma Aldrich, Malaysia. Struktur kimia semua bahan kimia ditunjukkan dalam Rajah 1. Gambar rajah hijau membandingkan bahan kimia utama yang digunakan dalam kajian ini: cecair imidazolil ionik, kolina klorida (DES), asid sitrik, gliserol, kalium klorida, dan NADES (asid sitrik dan gliserol). Jadual mesra alam bagi bahan kimia yang digunakan dalam kajian ini dibentangkan dalam Jadual 1. Dalam jadual tersebut, setiap bahan kimia dinilai berdasarkan ketoksikan, kebolehuraian biologi, kos, dan kemampanan alam sekitar.
Struktur kimia bahan yang digunakan dalam kajian ini: (a) asid sitrik, (b) [EMIM]Cl, (c) kolina klorida, dan (d) gliserol.
Calon penderma ikatan hidrogen (HBD) dan penerima ikatan hidrogen (HBA) untuk pembangunan NADES berasaskan CA (pelarut eutektik dalam semula jadi) telah dipilih dengan teliti mengikut kriteria pemilihan MH 30, yang bertujuan untuk pembangunan NADES sebagai perencat syal yang berkesan. Mengikut kriteria ini, komponen dengan bilangan penderma dan penerima ikatan hidrogen yang besar serta kumpulan berfungsi polar dianggap sesuai untuk pembangunan NADES.
Di samping itu, cecair ionik [EMIM]Cl dan pelarut eutektik dalam kolina klorida:urea (DES) telah dipilih untuk perbandingan dalam kajian ini kerana ia digunakan secara meluas sebagai bahan tambahan bendalir penggerudian33,34,35,36. Di samping itu, kalium klorida (KCl) telah dibandingkan kerana ia merupakan perencat biasa.
Asid sitrik dan gliserol dicampurkan dalam nisbah molar yang berbeza untuk mendapatkan campuran eutektik. Pemeriksaan visual menunjukkan bahawa campuran eutektik adalah cecair homogen dan lutsinar tanpa kekeruhan, menunjukkan bahawa penderma ikatan hidrogen (HBD) dan penerima ikatan hidrogen (HBA) berjaya dicampurkan dalam komposisi eutektik ini. Eksperimen awal dijalankan untuk memerhatikan tingkah laku proses pencampuran HBD dan HBA yang bergantung kepada suhu. Menurut literatur yang ada, perkadaran campuran eutektik dinilai pada tiga suhu tertentu di atas 50 °C, 70 °C dan 100 °C, menunjukkan bahawa suhu eutektik biasanya dalam julat 50–80 °C. Penimbang digital Mettler digunakan untuk menimbang komponen HBD dan HBA dengan tepat, dan plat panas Thermo Fisher digunakan untuk memanaskan dan mengacau HBD dan HBA pada 100 rpm di bawah keadaan terkawal.
Sifat termofizikal pelarut eutektik dalam (DES) yang disintesis, termasuk ketumpatan, tegangan permukaan, indeks biasan dan kelikatan, telah diukur dengan tepat pada julat suhu dari 289.15 hingga 333.15 K. Perlu diingatkan bahawa julat suhu ini dipilih terutamanya disebabkan oleh batasan peralatan sedia ada. Analisis komprehensif ini merangkumi kajian mendalam tentang pelbagai sifat termofizikal formulasi NADES ini, yang mendedahkan kelakuannya pada julat suhu. Memberi tumpuan kepada julat suhu khusus ini memberikan pandangan tentang sifat-sifat NADES yang sangat penting untuk beberapa aplikasi.
Tegangan permukaan NADES yang disediakan diukur dalam julat dari 289.15 hingga 333.15 K menggunakan meter tegangan antara muka (IFT700). Titisan NADES dibentuk dalam ruang yang diisi dengan isipadu cecair yang besar menggunakan jarum kapilari di bawah keadaan suhu dan tekanan tertentu. Sistem pengimejan moden memperkenalkan parameter geometri yang sesuai untuk mengira tegangan antara muka menggunakan persamaan Laplace.
Sebuah refraktometer ATAGO telah digunakan untuk menentukan indeks biasan NADES yang baru disediakan pada julat suhu 289.15 hingga 333.15 K. Instrumen ini menggunakan modul haba untuk mengawal suhu bagi menganggarkan tahap pembiasan cahaya, sekali gus menghapuskan keperluan untuk mandian air suhu malar. Permukaan prisma refraktometer hendaklah dibersihkan dan larutan sampel hendaklah diagihkan secara sama rata ke atasnya. Tentukur dengan larutan piawai yang diketahui, dan kemudian baca indeks biasan daripada skrin.
Kelikatan NADES yang telah disediakan telah diukur pada julat suhu 289.15 hingga 333.15 K menggunakan viskometer putaran Brookfield (jenis kriogenik) pada kadar ricih 30 rpm dan saiz gelendong 6. Viskometer mengukur kelikatan dengan menentukan tork yang diperlukan untuk memutarkan gelendong pada kelajuan malar dalam sampel cecair. Selepas sampel diletakkan pada skrin di bawah gelendong dan diketatkan, viskometer memaparkan kelikatan dalam sentipoise (cP), memberikan maklumat berharga tentang sifat reologi cecair.
Meter ketumpatan mudah alih DMA 35 Basic telah digunakan untuk menentukan ketumpatan pelarut eutektik dalam semula jadi (NDEES) yang baru disediakan dalam julat suhu 289.15–333.15 K. Memandangkan peranti ini tidak mempunyai pemanas terbina dalam, ia mesti dipanaskan terlebih dahulu pada suhu yang ditentukan (± 2 °C) sebelum menggunakan meter ketumpatan NADES. Tarik sekurang-kurangnya 2 ml sampel melalui tiub, dan ketumpatan akan dipaparkan serta-merta pada skrin. Perlu diingatkan bahawa disebabkan oleh ketiadaan pemanas terbina dalam, keputusan pengukuran mempunyai ralat ± 2 °C.
Untuk menilai pH NADES yang baru disediakan dalam julat suhu 289.15–333.15 K, kami menggunakan meter pH atas meja Kenis. Memandangkan tiada peranti pemanasan terbina dalam, NADES dipanaskan terlebih dahulu pada suhu yang dikehendaki (±2 °C) menggunakan plat panas dan kemudian diukur secara langsung dengan meter pH. Celupkan sepenuhnya prob meter pH ke dalam NADES dan catatkan nilai akhir selepas bacaan stabil.
Analisis termogravimetri (TGA) telah digunakan untuk menilai kestabilan terma pelarut eutektik dalam semula jadi (NADES). Sampel telah dianalisis semasa pemanasan. Menggunakan neraca ketepatan tinggi dan memantau proses pemanasan dengan teliti, plot kehilangan jisim berbanding suhu telah dijana. NADES telah dipanaskan dari 0 hingga 500 °C pada kadar 1 °C seminit.
Untuk memulakan proses ini, sampel NADES mesti dicampur dengan teliti, dihomogenkan, dan kelembapan permukaannya dibuang. Sampel yang disediakan kemudiannya diletakkan di dalam kuvet TGA, yang biasanya diperbuat daripada bahan lengai seperti aluminium. Untuk memastikan keputusan yang tepat, instrumen TGA dikalibrasi menggunakan bahan rujukan, biasanya piawaian berat. Setelah dikalibrasi, eksperimen TGA bermula dan sampel dipanaskan secara terkawal, biasanya pada kadar yang tetap. Pemantauan berterusan terhadap hubungan antara berat sampel dan suhu merupakan bahagian penting dalam eksperimen. Instrumen TGA mengumpul data tentang suhu, berat dan parameter lain seperti aliran gas atau suhu sampel. Setelah eksperimen TGA selesai, data yang dikumpul dianalisis untuk menentukan perubahan dalam berat sampel sebagai fungsi suhu. Maklumat ini berharga dalam menentukan julat suhu yang berkaitan dengan perubahan fizikal dan kimia dalam sampel, termasuk proses seperti peleburan, penyejatan, pengoksidaan atau penguraian.
Bendalir penggerudian berasaskan air telah diformulasikan dengan teliti mengikut piawaian API 13B-1, dan komposisi khususnya disenaraikan dalam Jadual 2 untuk rujukan. Asid sitrik dan gliserol (99 USP) telah dibeli dari Sigma Aldrich, Malaysia untuk menyediakan pelarut eutektik dalam semula jadi (NADES). Di samping itu, perencat syal konvensional kalium klorida (KCl) juga telah dibeli dari Sigma Aldrich, Malaysia. 1-etil, 3-metilimidazolium klorida ([EMIM]Cl) dengan ketulenan lebih daripada 98% telah dipilih kerana kesannya yang ketara dalam meningkatkan reologi bendalir penggerudian dan perencatan syal, yang telah disahkan dalam kajian terdahulu. Kedua-dua KCl dan ([EMIM]Cl) akan digunakan dalam analisis perbandingan untuk menilai prestasi perencatan syal NADES.
Ramai penyelidik lebih suka menggunakan kepingan bentonit untuk mengkaji pembengkakan syal kerana bentonit mengandungi kumpulan "montmorilonit" yang sama yang menyebabkan pembengkakan syal. Mendapatkan sampel teras syal sebenar adalah mencabar kerana proses penebangan akan mengganggu kestabilan syal, menghasilkan sampel yang bukan sepenuhnya syal tetapi biasanya mengandungi campuran lapisan batu pasir dan batu kapur. Di samping itu, sampel syal biasanya kekurangan kumpulan montmorilonit yang menyebabkan pembengkakan syal dan oleh itu tidak sesuai untuk eksperimen perencatan pembengkakan.
Dalam kajian ini, kami menggunakan zarah bentonit yang telah dibentuk semula dengan diameter kira-kira 2.54 cm. Granul dibuat dengan menekan 11.5 gram serbuk natrium bentonit dalam mesin tekan hidraulik pada 1600 psi. Ketebalan granul diukur dengan tepat sebelum diletakkan dalam dilatometer linear (LD). Zarah-zarah tersebut kemudiannya direndam dalam sampel bendalir penggerudian, termasuk sampel asas dan sampel yang disuntik dengan perencat yang digunakan untuk mencegah pembengkakan syal. Perubahan ketebalan granul kemudiannya dipantau dengan teliti menggunakan LD, dengan pengukuran direkodkan pada selang 60 saat selama 24 jam.
Pembelauan sinar-X menunjukkan bahawa komposisi bentonit, terutamanya komponen montmorilonitnya yang 47%, merupakan faktor utama dalam memahami ciri-ciri geologinya. Antara komponen montmorilonit bentonit, montmorilonit merupakan komponen utama, menyumbang 88.6% daripada jumlah komponen. Sementara itu, kuarza menyumbang 29%, ilit sebanyak 7%, dan karbonat sebanyak 9%. Sebahagian kecil (kira-kira 3.2%) adalah campuran ilit dan montmorilonit. Di samping itu, ia mengandungi unsur surih seperti Fe2O3 (4.7%), aluminosilikat perak (1.2%), muskovit (4%), dan fosfat (2.3%). Di samping itu, terdapat sejumlah kecil Na2O (1.83%) dan silikat besi (2.17%), yang membolehkan penghayatan sepenuhnya unsur-unsur penyusun bentonit dan perkadaran masing-masing.
Bahagian kajian komprehensif ini memperincikan sifat reologi dan penapisan sampel bendalir penggerudian yang disediakan menggunakan pelarut eutektik dalam semula jadi (NADES) dan digunakan sebagai bahan tambahan bendalir penggerudian pada kepekatan yang berbeza (1%, 3% dan 5%). Sampel buburan berasaskan NADES kemudiannya dibandingkan dan dianalisis dengan sampel buburan yang terdiri daripada kalium klorida (KCl), CC:urea DES (pelarut eutektik dalam kolin klorida:urea) dan cecair ionik. Beberapa parameter utama telah diliputi dalam kajian ini termasuk bacaan kelikatan yang diperoleh menggunakan viskometer FANN sebelum dan selepas terdedah kepada keadaan penuaan pada 100°C dan 150°C. Pengukuran telah diambil pada kelajuan putaran yang berbeza (3 rpm, 6 rpm, 300 rpm dan 600 rpm) yang membolehkan analisis komprehensif tentang kelakuan bendalir penggerudian. Data yang diperoleh kemudiannya boleh digunakan untuk menentukan sifat utama seperti titik alah (YP) dan kelikatan plastik (PV), yang memberikan gambaran tentang prestasi bendalir di bawah pelbagai keadaan. Ujian penapisan suhu tinggi tekanan tinggi (HPHT) pada 400 psi dan 150°C (suhu biasa dalam telaga suhu tinggi) menentukan prestasi penapisan (ketebalan kek dan isipadu turasan).
Bahagian ini menggunakan peralatan canggih, Grace HPHT Linear Dilatometer (M4600), untuk menilai secara menyeluruh sifat perencatan pembengkakan syal bagi bendalir penggerudian berasaskan air kami. LSM ialah mesin canggih yang terdiri daripada dua komponen: pemadat plat dan dilatometer linear (model: M4600). Plat bentonit disediakan untuk dianalisis menggunakan Grace Core/Plate Compactor. LSM kemudiannya menyediakan data pembengkakan segera pada plat ini, membolehkan penilaian komprehensif terhadap sifat perencatan pembengkakan syal. Ujian pengembangan syal dijalankan di bawah keadaan ambien, iaitu, 25°C dan 1 psia.
Ujian kestabilan syal melibatkan ujian utama yang sering dirujuk sebagai ujian pemulihan syal, ujian celup syal atau ujian penyebaran syal. Untuk memulakan penilaian ini, keratan syal diasingkan pada skrin BSS #6 dan kemudian diletakkan pada skrin #10. Keratan tersebut kemudiannya dimasukkan ke dalam tangki simpanan di mana ia dicampurkan dengan bendalir asas dan lumpur penggerudian yang mengandungi NADES (Pelarut Eutektik Dalam Semula Jadi). Langkah seterusnya adalah meletakkan campuran di dalam ketuhar untuk proses penggelek panas yang intensif, memastikan keratan dan lumpur dicampurkan dengan teliti. Selepas 16 jam, keratan dikeluarkan dari pulpa dengan membiarkan syal terurai, menghasilkan pengurangan berat keratan. Ujian pemulihan syal dijalankan selepas keratan syal ditahan dalam lumpur penggerudian pada suhu 150°C dan 1000 psi. inci dalam masa 24 jam.
Untuk mengukur pemulihan lumpur syal, kami menapisnya melalui penapis yang lebih halus (40 mesh), kemudian membasuhnya dengan teliti dengan air, dan akhirnya mengeringkannya di dalam ketuhar. Prosedur yang teliti ini membolehkan kami menganggarkan lumpur yang diperoleh berbanding berat asal, dan akhirnya mengira peratusan lumpur syal yang berjaya diperoleh. Sumber sampel syal adalah dari Daerah Niah, Daerah Miri, Sarawak, Malaysia. Sebelum ujian penyebaran dan pemulihan, sampel syal telah menjalani analisis pembelauan sinar-X (XRD) yang menyeluruh untuk mengukur komposisi tanah liatnya dan mengesahkan kesesuaiannya untuk ujian. Komposisi mineral tanah liat sampel adalah seperti berikut: ilit 18%, kaolinit 31%, klorit 22%, vermikulit 10%, dan mika 19%.
Tegangan permukaan merupakan faktor utama yang mengawal penembusan kation air ke dalam mikroliang syal melalui tindakan kapilari, yang akan dikaji secara terperinci dalam bahagian ini. Kertas kerja ini mengkaji peranan tegangan permukaan dalam sifat kohesif bendalir penggerudian, menonjolkan pengaruh pentingnya terhadap proses penggerudian, terutamanya perencatan syal. Kami menggunakan tensiometer antara muka (IFT700) untuk mengukur tegangan permukaan sampel bendalir penggerudian dengan tepat, mendedahkan aspek penting tingkah laku bendalir dalam konteks perencatan syal.
Bahagian ini membincangkan secara terperinci jarak lapisan-d, iaitu jarak antara lapisan aluminosilikat dan satu lapisan aluminosilikat dalam tanah liat. Analisis ini merangkumi sampel lumpur basah yang mengandungi 1%, 3% dan 5% CA NADES, serta 3% KCl, 3% [EMIM]Cl dan 3% CC:urea berasaskan DES untuk perbandingan. Difraktometer sinar-X meja atas yang canggih (D2 Phaser) yang beroperasi pada 40 mA dan 45 kV dengan sinaran Cu-Kα (λ = 1.54059 Å) memainkan peranan penting dalam merekodkan puncak pembelauan sinar-X bagi kedua-dua sampel Na-Bt basah dan kering. Penggunaan persamaan Bragg membolehkan penentuan jarak lapisan-d yang tepat, sekali gus memberikan maklumat berharga tentang sifat tanah liat.
Bahagian ini menggunakan instrumen Malvern Zetasizer Nano ZSP yang canggih untuk mengukur potensi zeta dengan tepat. Penilaian ini memberikan maklumat berharga tentang ciri-ciri cas sampel lumpur cair yang mengandungi 1%, 3%, dan 5% CA NADES, serta 3% KCl, 3% [EMIM]Cl, dan 3% DES berasaskan CC:urea untuk analisis perbandingan. Keputusan ini menyumbang kepada pemahaman kita tentang kestabilan sebatian koloid dan interaksinya dalam bendalir.
Sampel tanah liat telah diperiksa sebelum dan selepas pendedahan kepada pelarut eutektik dalam semula jadi (NADES) menggunakan mikroskop elektron pengimbas pancaran medan Zeiss Supra 55 VP (FESEM) yang dilengkapi dengan sinar-X serakan tenaga (EDX). Resolusi pengimejan ialah 500 nm dan tenaga pancaran elektron ialah 30 kV dan 50 kV. FESEM menyediakan visualisasi resolusi tinggi bagi morfologi permukaan dan ciri-ciri struktur sampel tanah liat. Objektif kajian ini adalah untuk mendapatkan maklumat tentang kesan NADES pada sampel tanah liat dengan membandingkan imej yang diperoleh sebelum dan selepas pendedahan.
Dalam kajian ini, teknologi mikroskopi elektron pengimbasan pancaran medan (FESEM) telah digunakan untuk mengkaji kesan NADES terhadap sampel tanah liat pada peringkat mikroskopik. Tujuan kajian ini adalah untuk menjelaskan potensi aplikasi NADES dan kesannya terhadap morfologi tanah liat dan saiz zarah purata, yang akan memberikan maklumat berharga untuk penyelidikan dalam bidang ini.
Dalam kajian ini, bar ralat digunakan untuk menggambarkan secara visual kebolehubahan dan ketidakpastian bagi peratusan ralat min (AMPE) merentasi keadaan eksperimen. Daripada memplot nilai AMPE individu (memandangkan memplot nilai AMPE boleh mengaburkan trend dan membesar-besarkan variasi kecil), kami mengira bar ralat menggunakan peraturan 5%. Pendekatan ini memastikan bahawa setiap bar ralat mewakili selang masa di mana selang keyakinan 95% dan 100% nilai AMPE dijangka jatuh, sekali gus memberikan ringkasan taburan data yang lebih jelas dan ringkas untuk setiap keadaan eksperimen. Menggunakan bar ralat berdasarkan peraturan 5% sekali gus meningkatkan kebolehtafsiran dan kebolehpercayaan perwakilan grafik dan membantu memberikan pemahaman yang lebih terperinci tentang keputusan dan implikasinya.
Dalam sintesis pelarut eutektik dalam semula jadi (NADES), beberapa parameter utama telah dikaji dengan teliti semasa proses penyediaan dalaman. Faktor kritikal ini termasuk suhu, nisbah molar dan kelajuan pencampuran. Eksperimen kami menunjukkan bahawa apabila HBA (asid sitrik) dan HBD (gliserol) dicampurkan pada nisbah molar 1:4 pada suhu 50°C, campuran eutektik terbentuk. Ciri yang membezakan campuran eutektik ialah penampilannya yang lutsinar dan homogen serta ketiadaan sedimen. Oleh itu, langkah utama ini menonjolkan kepentingan nisbah molar, suhu dan kelajuan pencampuran, antaranya nisbah molar merupakan faktor yang paling berpengaruh dalam penyediaan DES dan NADES, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2.
Indeks biasan (n) menyatakan nisbah kelajuan cahaya dalam vakum kepada kelajuan cahaya dalam medium kedua yang lebih tumpat. Indeks biasan amat menarik minat pelarut eutektik dalam semula jadi (NADES) apabila mempertimbangkan aplikasi sensitif optik seperti biosensor. Indeks biasan NADES yang dikaji pada suhu 25 °C ialah 1.452, yang mana menariknya lebih rendah daripada gliserol.
Perlu diingatkan bahawa indeks biasan NADES berkurangan dengan suhu, dan trend ini boleh digambarkan dengan tepat oleh formula (1) dan Rajah 3, dengan ralat peratusan min mutlak (AMPE) mencapai 0%. Tingkah laku yang bergantung kepada suhu ini dijelaskan oleh penurunan kelikatan dan ketumpatan pada suhu tinggi, menyebabkan cahaya bergerak melalui medium pada kelajuan yang lebih tinggi, menghasilkan nilai indeks biasan (n) yang lebih rendah. Keputusan ini memberikan pandangan berharga tentang penggunaan strategik NADES dalam penderiaan optik, menonjolkan potensinya untuk aplikasi biosensor.
Tegangan permukaan, yang mencerminkan kecenderungan permukaan cecair untuk meminimumkan luasnya, adalah sangat penting dalam menilai kesesuaian pelarut eutektik dalam semula jadi (NADES) untuk aplikasi berasaskan tekanan kapilari. Satu kajian tentang tegangan permukaan dalam julat suhu 25–60 °C memberikan maklumat yang berharga. Pada suhu 25 °C, tegangan permukaan NADES berasaskan asid sitrik ialah 55.42 mN/m, yang jauh lebih rendah daripada air dan gliserol. Rajah 4 menunjukkan bahawa tegangan permukaan berkurangan dengan ketara dengan peningkatan suhu. Fenomena ini boleh dijelaskan oleh peningkatan tenaga kinetik molekul dan penurunan seterusnya dalam daya tarikan antara molekul.
Trend penurunan linear tegangan permukaan yang diperhatikan dalam NADES yang dikaji boleh dinyatakan dengan baik oleh persamaan (2), yang menggambarkan hubungan matematik asas dalam julat suhu 25–60 °C. Graf dalam Rajah 4 dengan jelas menggambarkan trend tegangan permukaan dengan suhu dengan ralat peratusan min mutlak (AMPE) sebanyak 1.4%, yang mengukur ketepatan nilai tegangan permukaan yang dilaporkan. Keputusan ini mempunyai implikasi penting untuk memahami tingkah laku NADES dan potensi aplikasinya.
Memahami dinamik ketumpatan pelarut eutektik dalam semula jadi (NADES) adalah penting untuk memudahkan aplikasinya dalam pelbagai kajian saintifik. Ketumpatan NADES berasaskan asid sitrik pada suhu 25°C ialah 1.361 g/cm3, yang lebih tinggi daripada ketumpatan gliserol induk. Perbezaan ini boleh dijelaskan dengan penambahan penerima ikatan hidrogen (asid sitrik) kepada gliserol.
Dengan mengambil NADES berasaskan sitrat sebagai contoh, ketumpatannya menurun kepada 1.19 g/cm3 pada 60°C. Peningkatan tenaga kinetik semasa pemanasan menyebabkan molekul NADES tersebar, menyebabkan ia menduduki isipadu yang lebih besar, mengakibatkan penurunan ketumpatan. Penurunan ketumpatan yang diperhatikan menunjukkan korelasi linear tertentu dengan peningkatan suhu, yang boleh dinyatakan dengan betul melalui formula (3). Rajah 5 secara grafik menunjukkan ciri-ciri perubahan ketumpatan NADES ini dengan ralat peratusan min mutlak (AMPE) sebanyak 1.12%, yang memberikan ukuran kuantitatif ketepatan nilai ketumpatan yang dilaporkan.
Kelikatan ialah daya tarikan antara lapisan cecair yang berbeza yang bergerak dan memainkan peranan penting dalam memahami kebolehgunaan pelarut eutektik dalam semula jadi (NADES) dalam pelbagai aplikasi. Pada suhu 25 °C, kelikatan NADES ialah 951 cP, yang lebih tinggi daripada gliserol.
Penurunan kelikatan yang diperhatikan dengan peningkatan suhu terutamanya dijelaskan oleh kelemahan daya tarikan antara molekul. Fenomena ini mengakibatkan penurunan kelikatan bendalir, satu trend yang ditunjukkan dengan jelas dalam Rajah 6 dan diukur oleh Persamaan (4). Terutamanya, pada 60°C, kelikatan menurun kepada 898 cP dengan ralat peratus min keseluruhan (AMPE) sebanyak 1.4%. Pemahaman terperinci tentang kelikatan berbanding kebergantungan suhu dalam NADES adalah sangat penting untuk aplikasi praktikalnya.
pH larutan, yang ditentukan oleh logaritma negatif kepekatan ion hidrogen, adalah kritikal, terutamanya dalam aplikasi sensitif pH seperti sintesis DNA, jadi pH NADES mesti dikaji dengan teliti sebelum digunakan. Dengan mengambil NADES berasaskan asid sitrik sebagai contoh, pH 1.91 yang jelas berasid dapat diperhatikan, yang sangat berbeza dengan pH gliserol yang agak neutral.
Menariknya, pH pelarut larut dehidrogenase asid sitrik semula jadi (NADES) menunjukkan trend penurunan tak linear dengan peningkatan suhu. Fenomena ini dikaitkan dengan peningkatan getaran molekul yang mengganggu keseimbangan H+ dalam larutan, yang membawa kepada pembentukan ion [H]+ dan seterusnya, perubahan dalam nilai pH. Walaupun pH semula jadi asid sitrik berkisar antara 3 hingga 5, kehadiran hidrogen berasid dalam gliserol seterusnya menurunkan pH kepada 1.91.
Tingkah laku pH NADES berasaskan sitrat dalam julat suhu 25–60 °C boleh diwakili dengan sewajarnya oleh persamaan (5), yang memberikan ungkapan matematik untuk trend pH yang diperhatikan. Rajah 7 menggambarkan secara grafik hubungan yang menarik ini, menonjolkan kesan suhu pada pH NADES, yang dilaporkan sebagai 1.4% untuk AMPE.
Analisis termogravimetri (TGA) pelarut eutektik dalam asid sitrik semula jadi (NADES) telah dijalankan secara sistematik dalam julat suhu dari suhu bilik hingga 500 °C. Seperti yang dapat dilihat daripada Rajah 8a dan b, kehilangan jisim awal sehingga 100 °C adalah disebabkan terutamanya oleh air yang diserap dan air penghidratan yang berkaitan dengan asid sitrik dan gliserol tulen. Pengekalan jisim yang ketara kira-kira 88% diperhatikan sehingga 180 °C, yang disebabkan terutamanya oleh penguraian asid sitrik kepada asid akonit dan pembentukan metilmaleik anhidrida(III) seterusnya apabila pemanasan selanjutnya (Rajah 8b). Di atas 180 °C, penampilan akrolein (akrilamida) yang jelas dalam gliserol juga dapat diperhatikan, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 8b37.
Analisis termogravimetri (TGA) gliserol mendedahkan proses kehilangan jisim dua peringkat. Peringkat awal (180 hingga 220 °C) melibatkan pembentukan akrolein, diikuti dengan kehilangan jisim yang ketara pada suhu tinggi dari 230 hingga 300 °C (Rajah 8a). Apabila suhu meningkat, asetaldehid, karbon dioksida, metana dan hidrogen terbentuk secara berurutan. Terutamanya, hanya 28% daripada jisim dikekalkan pada suhu 300 °C, menunjukkan bahawa sifat intrinsik NADES 8(a)38,39 mungkin rosak.
Untuk mendapatkan maklumat tentang pembentukan ikatan kimia baharu, suspensi pelarut eutektik dalam semula jadi (NADES) yang baru disediakan telah dianalisis dengan spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR). Analisis dilakukan dengan membandingkan spektrum suspensi NADES dengan spektrum asid sitrik tulen (CA) dan gliserol (Gly). Spektrum CA menunjukkan puncak yang jelas pada 1752 1/cm dan 1673 1/cm, yang mewakili getaran regangan ikatan C=O dan juga merupakan ciri CA. Di samping itu, perubahan ketara dalam getaran lenturan OH pada 1360 1/cm diperhatikan di kawasan cap jari, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 9.
Begitu juga, dalam kes gliserol, anjakan getaran regangan dan lenturan OH ditemui pada nombor gelombang masing-masing 3291 1/cm dan 1414 1/cm. Kini, dengan menganalisis spektrum NADES yang disediakan, anjakan ketara dalam spektrum telah ditemui. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 7, getaran regangan ikatan C=O beralih daripada 1752 1/cm kepada 1720 1/cm dan getaran lenturan ikatan -OH gliserol beralih daripada 1414 1/cm kepada 1359 1/cm. Anjakan dalam nombor gelombang ini menunjukkan perubahan dalam keelektronegatifan, yang menunjukkan pembentukan ikatan kimia baharu dalam struktur NADES.