nature.com मा जानुभएकोमा धन्यवाद। तपाईंले प्रयोग गरिरहनुभएको ब्राउजर संस्करणमा सीमित CSS समर्थन छ। उत्तम अनुभवको लागि, हामी नवीनतम ब्राउजर संस्करण प्रयोग गर्न सिफारिस गर्छौं (वा इन्टरनेट एक्सप्लोररमा अनुकूलता मोड बन्द गर्नुहोस्)। थप रूपमा, निरन्तर समर्थन सुनिश्चित गर्न, यो साइटमा शैलीहरू वा जाभास्क्रिप्ट समावेश हुनेछैन।
क्लास्टिक जलाशयहरूमा शेल विस्तारले महत्त्वपूर्ण समस्याहरू सिर्जना गर्दछ, जसले गर्दा वेलबोर अस्थिरता निम्त्याउँछ। वातावरणीय कारणहरूले गर्दा, तेल-आधारित ड्रिलिंग फ्लुइड भन्दा थपिएको शेल अवरोधकहरू सहितको पानी-आधारित ड्रिलिंग फ्लुइडको प्रयोगलाई प्राथमिकता दिइन्छ। आयोनिक तरल पदार्थ (ILs) ले तिनीहरूको ट्युनेबल गुणहरू र बलियो इलेक्ट्रोस्टेटिक विशेषताहरूको कारणले शेल अवरोधकहरूको रूपमा धेरै ध्यान आकर्षित गरेको छ। यद्यपि, ड्रिलिंग फ्लुइडहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग हुने इमिडाजोलिल-आधारित आयनिक तरल पदार्थ (ILs) विषाक्त, गैर-जैव-विघटनशील र महँगो साबित भएका छन्। गहिरो युटेक्टिक सॉल्भेन्टहरू (DES) लाई आयनिक तरल पदार्थहरूको लागि अधिक लागत-प्रभावी र कम विषाक्त विकल्प मानिन्छ, तर तिनीहरू अझै पनि आवश्यक वातावरणीय दिगोपनबाट कम छन्। यस क्षेत्रमा हालैका प्रगतिहरूले प्राकृतिक गहिरो युटेक्टिक सॉल्भेन्टहरू (NADES) को परिचय गराएको छ, जुन तिनीहरूको वास्तविक वातावरणीय मित्रताको लागि परिचित छ। यस अध्ययनले NADES को अनुसन्धान गर्‍यो, जसमा साइट्रिक एसिड (हाइड्रोजन बन्ड स्वीकारकर्ताको रूपमा) र ग्लिसरॉल (हाइड्रोजन बन्ड दाताको रूपमा) ड्रिलिंग फ्लुइड additives को रूपमा हुन्छ। NADES-आधारित ड्रिलिंग तरल पदार्थहरू API 13B-1 अनुसार विकसित गरिएको थियो र तिनीहरूको कार्यसम्पादनलाई पोटासियम क्लोराइड-आधारित ड्रिलिंग तरल पदार्थहरू, इमिडाजोलियम-आधारित आयनिक तरल पदार्थहरू, र कोलाइन क्लोराइड: युरिया-DES-आधारित ड्रिलिंग तरल पदार्थहरूसँग तुलना गरिएको थियो। स्वामित्व NADES को भौतिक-रासायनिक गुणहरू विस्तृत रूपमा वर्णन गरिएको छ। अध्ययनको क्रममा ड्रिलिंग तरल पदार्थको rheological गुणहरू, तरल पदार्थको क्षति, र शेल अवरोध गुणहरूको मूल्याङ्कन गरिएको थियो, र यो देखाइएको थियो कि 3% NADES को एकाग्रतामा, उपज तनाव/प्लास्टिक चिपचिपापन अनुपात (YP/PV) बढाइएको थियो, माटोको केकको मोटाई 26% ले घटाइएको थियो, र फिल्टरेट भोल्युम 30.1% ले घटाइएको थियो। उल्लेखनीय रूपमा, NADES ले 49.14% को प्रभावशाली विस्तार अवरोध दर हासिल गर्यो र शेल उत्पादन 86.36% ले बढाएको थियो। यी परिणामहरू NADES को सतह गतिविधि, जेटा क्षमता, र माटोको इन्टरलेयर स्पेसिङ परिमार्जन गर्ने क्षमतालाई श्रेय दिइएको छ, जुन यस पेपरमा अन्तर्निहित संयन्त्रहरू बुझ्न छलफल गरिएको छ। यो दिगो ड्रिलिंग फ्लुइडले परम्परागत शेल जंग अवरोधकहरूको लागि गैर-विषाक्त, लागत-प्रभावी, र अत्यधिक प्रभावकारी विकल्प प्रदान गरेर ड्रिलिंग उद्योगमा क्रान्तिकारी परिवर्तन ल्याउने अपेक्षा गरिएको छ, जसले वातावरणमैत्री ड्रिलिंग अभ्यासहरूको लागि मार्ग प्रशस्त गर्नेछ।
शेल एक बहुमुखी चट्टान हो जसले हाइड्रोकार्बनको स्रोत र भण्डार दुवैको रूपमा काम गर्दछ, र यसको छिद्रपूर्ण संरचना1 ले यी बहुमूल्य स्रोतहरूको उत्पादन र भण्डारण दुवैको सम्भावना प्रदान गर्दछ। यद्यपि, शेल मोन्टमोरिलोनाइट, स्मेक्टाइट, काओलिनाइट र इलाइट जस्ता माटोका खनिजहरूले भरिपूर्ण हुन्छ, जसले यसलाई पानीको सम्पर्कमा आउँदा सुन्निने सम्भावना बनाउँछ, जसले गर्दा ड्रिलिंग सञ्चालनको क्रममा इनारको बोर अस्थिरता हुन्छ2,3। यी समस्याहरूले गैर-उत्पादक समय (NPT) र अड्किएका पाइपहरू, हराएको माटोको परिसंचरण, इनारको बोरको पतन र बिट फाउलिंग, रिकभरी समय र लागत बढाउने जस्ता धेरै सञ्चालन समस्याहरू निम्त्याउन सक्छ। परम्परागत रूपमा, तेल-आधारित ड्रिलिंग फ्लुइडहरू (OBDF) शेल संरचनाहरूको लागि मनपर्ने विकल्प भएको छ किनभने तिनीहरूको शेल विस्तारलाई प्रतिरोध गर्ने क्षमता छ। यद्यपि, तेल-आधारित ड्रिलिंग फ्लुइडहरूको प्रयोगमा उच्च लागत र वातावरणीय जोखिमहरू समावेश छन्। सिंथेटिक-आधारित ड्रिलिंग फ्लुइडहरू (SBDF) लाई विकल्पको रूपमा मानिएको छ, तर उच्च तापक्रममा तिनीहरूको उपयुक्तता असंतोषजनक छ। पानीमा आधारित ड्रिलिंग फ्लुइडहरू (WBDF) एक आकर्षक समाधान हो किनभने तिनीहरू OBDF5 भन्दा सुरक्षित, वातावरणमैत्री र बढी लागत-प्रभावी छन्। WBDF को शेल अवरोध क्षमता बढाउन विभिन्न शेल अवरोधकहरू प्रयोग गरिएको छ, जसमा पोटासियम क्लोराइड, लाइम, सिलिकेट र पोलिमर जस्ता परम्परागत अवरोधकहरू समावेश छन्। यद्यपि, यी अवरोधकहरूको प्रभावकारिता र वातावरणीय प्रभावको सन्दर्भमा सीमितताहरू छन्, विशेष गरी पोटासियम क्लोराइड अवरोधकहरूमा उच्च K+ सांद्रता र सिलिकेटहरूको pH संवेदनशीलताको कारणले। 6 अनुसन्धानकर्ताहरूले ड्रिलिंग फ्लुइड रियोलोजी सुधार गर्न र शेल सुन्निने र हाइड्रेट गठन रोक्न ड्रिलिंग फ्लुइड एडिटिभको रूपमा आयनिक तरल पदार्थहरू प्रयोग गर्ने सम्भावनाको खोजी गरेका छन्। यद्यपि, यी आयनिक तरल पदार्थहरू, विशेष गरी इमिडाजोलिल क्याशनहरू भएकाहरू, सामान्यतया विषाक्त, महँगो, गैर-जैवविघटनशील हुन्छन्, र जटिल तयारी प्रक्रियाहरू आवश्यक पर्दछ। यी समस्याहरू समाधान गर्न, मानिसहरूले थप किफायती र वातावरणमैत्री विकल्प खोज्न थाले, जसले गर्दा गहिरो युटेक्टिक सॉल्भेन्टहरू (DES) को उदय भयो। DES एक विशिष्ट मोलर अनुपात र तापमानमा हाइड्रोजन बन्ड डोनर (HBD) र हाइड्रोजन बन्ड स्वीकारकर्ता (HBA) द्वारा बनाइएको युटेक्टिक मिश्रण हो। यी युटेक्टिक मिश्रणहरूमा तिनीहरूको व्यक्तिगत घटकहरू भन्दा कम पग्लने बिन्दुहरू हुन्छन्, मुख्यतया हाइड्रोजन बन्धनहरूको कारणले गर्दा चार्ज डिलोकलाइजेसनको कारणले। जाली ऊर्जा, एन्ट्रोपी परिवर्तन, र आयनहरू र HBD बीचको अन्तरक्रिया सहित धेरै कारकहरूले DES को पग्लने बिन्दु कम गर्नमा प्रमुख भूमिका खेल्छन्।
अघिल्ला अध्ययनहरूमा, शेल विस्तार समस्या समाधान गर्न पानीमा आधारित ड्रिलिंग फ्लुइडमा विभिन्न additives थपिएका थिए। उदाहरणका लागि, Ofei et al. ले 1-butyl-3-methylimidazolium क्लोराइड (BMIM-Cl) थपे, जसले माटोको केकको मोटाई (५०% सम्म) लाई उल्लेखनीय रूपमा घटायो र विभिन्न तापक्रममा YP/PV मान ११ ले घटायो। Huang et al. ले Na-Bt कणहरूसँग संयोजनमा आयनिक तरल पदार्थहरू (विशेष गरी, 1-hexyl-3-methylimidazolium ब्रोमाइड र 1,2-bis(3-hexylimidazol-1-yl)ethane ब्रोमाइड) प्रयोग गरे र शेलको सूजनलाई क्रमशः 86.43% र 94.17% ले घटाए। थप रूपमा, Yang et al. ले 1-vinyl-3-dodecylimidazolium ब्रोमाइड र 1-vinyl-3-tetradecylimidazolium ब्रोमाइड प्रयोग गरेर शेलको सूजनलाई क्रमशः 16.91% र 5.81% ले घटाए। १३ याङ एट अलले १-भिनाइल-३-इथिलिमिडाजोलियम ब्रोमाइड पनि प्रयोग गरे र शेलको विस्तार ३१.६२% ले घटाए जबकि शेलको रिकभरी ४०.६०% मा कायम राखे। १४ यसको अतिरिक्त, लुओ एट अलले शेलको सूजन ८०% ले कम गर्न १-अक्टाइल-३-मेथिलिमिडाजोलियम टेट्राफ्लोरोबोरेट प्रयोग गरे। १५, १६ दाई एट अलले शेललाई रोक्न आयोनिक तरल कोपोलिमरहरू प्रयोग गरे र एमाइन इन्हिबिटरहरूको तुलनामा रेखीय रिकभरीमा १८% वृद्धि हासिल गरे। १७
आयोनिक तरल पदार्थहरूमा आफैंमा केही बेफाइदाहरू छन्, जसले वैज्ञानिकहरूलाई आयोनिक तरल पदार्थहरूको लागि वातावरणमैत्री विकल्पहरू खोज्न प्रेरित गर्‍यो, र यसरी DES को जन्म भयो। हान्जिया पहिलो व्यक्ति थिए जसले भिनाइल क्लोराइड प्रोपियोनिक एसिड (१:१), भिनाइल क्लोराइड ३-फेनिलप्रोपियोनिक एसिड (१:२), र ३-मर्क्याप्टोप्रोपियोनिक एसिड + इटाकोनिक एसिड + भिनाइल क्लोराइड (१:१:२) मिलेर बनेको गहिरो युटेक्टिक सॉल्भेन्ट्स (DES) प्रयोग गरे, जसले क्रमशः १८%, ६८%, ५८% र ५८% ले बेन्टोनाइटको सूजनलाई रोक्यो। एक नि:शुल्क प्रयोगमा, MH रसुलले ग्लिसरॉल र पोटासियम कार्बोनेट (DES) को २:१ अनुपात प्रयोग गरे र शेल नमूनाहरूको सूजनलाई ८७% ले घटाए। माले शेलको विस्तारलाई ६७% ले घटाउन युरिया: भिनाइल क्लोराइड प्रयोग गरे।२१ रसुल एट अल। DES र पोलिमरको संयोजनलाई दोहोरो-कार्य शेल अवरोधकको रूपमा प्रयोग गरियो, जसले उत्कृष्ट शेल अवरोध प्रभाव प्राप्त गर्‍यो।२२।
यद्यपि गहिरो युटेक्टिक सॉल्भेन्ट्स (DES) लाई सामान्यतया आयनिक तरल पदार्थको हरियो विकल्प मानिन्छ, तिनीहरूमा अमोनियम लवण जस्ता सम्भावित विषाक्त घटकहरू पनि हुन्छन्, जसले तिनीहरूको पर्यावरण-मैत्रीतालाई शंकास्पद बनाउँछ। यो समस्याले प्राकृतिक गहिरो युटेक्टिक सॉल्भेन्ट्स (NADES) को विकास निम्त्याएको छ। तिनीहरू अझै पनि DES को रूपमा वर्गीकृत छन्, तर पोटासियम क्लोराइड (KCl), क्याल्सियम क्लोराइड (CaCl2), एप्सम लवण (MgSO4.7H2O), र अन्य सहित प्राकृतिक पदार्थ र लवणहरू मिलेर बनेका छन्। DES र NADES को असंख्य सम्भावित संयोजनहरूले यस क्षेत्रमा अनुसन्धानको लागि विस्तृत दायरा खोल्छन् र विभिन्न क्षेत्रहरूमा अनुप्रयोगहरू फेला पार्ने अपेक्षा गरिएको छ। धेरै अनुसन्धानकर्ताहरूले सफलतापूर्वक नयाँ DES संयोजनहरू विकास गरेका छन् जुन विभिन्न अनुप्रयोगहरूमा प्रभावकारी साबित भएका छन्। उदाहरणका लागि, Naser et al. 2013 ले पोटासियम कार्बोनेट-आधारित DES संश्लेषित गर्यो र यसको थर्मोफिजिकल गुणहरूको अध्ययन गर्यो, जसले पछि हाइड्रेट निषेध, ड्रिलिंग फ्लुइड additives, डिलिग्निफिकेशन, र न्यानोफिब्रिलेसनको क्षेत्रमा अनुप्रयोगहरू फेला पार्यो। २३ जोर्डी किम र सहकर्मीहरूले एस्कर्बिक एसिड-आधारित NADES विकास गरे र विभिन्न अनुप्रयोगहरूमा यसको एन्टिअक्सिडेन्ट गुणहरूको मूल्याङ्कन गरे। २४ क्रिस्टर एट अलले साइट्रिक एसिड-आधारित NADES विकास गरे र कोलाजेन उत्पादनहरूको लागि सहायकको रूपमा यसको सम्भावना पहिचान गरे। २५ लिउ यी र सहकर्मीहरूले एक व्यापक समीक्षामा निकासी र क्रोमेटोग्राफी मिडियाको रूपमा NADES को प्रयोगहरूको सारांश प्रस्तुत गरे, जबकि मिसान एट अलले कृषि-खाद्य क्षेत्रमा NADES को सफल प्रयोगहरूको बारेमा छलफल गरे। ड्रिलिंग फ्लुइड अनुसन्धानकर्ताहरूले आफ्नो प्रयोगहरूमा NADES को प्रभावकारितामा ध्यान दिन सुरु गर्नु अत्यावश्यक छ। हालै। २०२३ मा, रसुल एट अलले एस्कर्बिक एसिड२६, क्याल्सियम क्लोराइड२७, पोटासियम क्लोराइड२८ र एप्सम नुन२९ मा आधारित प्राकृतिक गहिरो युटेक्टिक विलायकहरूको विभिन्न संयोजनहरू प्रयोग गरे र प्रभावशाली शेल निषेध र शेल रिकभरी हासिल गरे। यो अध्ययन पानीमा आधारित ड्रिलिंग तरल पदार्थहरूमा वातावरणमैत्री र प्रभावकारी शेल अवरोधकको रूपमा NADES (विशेष गरी साइट्रिक एसिड र ग्लिसरोल-आधारित सूत्रीकरण) लाई परिचय गराउने पहिलो अध्ययनहरू मध्ये एक हो, जसमा उत्कृष्ट वातावरणीय स्थिरता, सुधारिएको शेल अवरोध क्षमता र KCl, इमिडाजोलिल-आधारित आयनिक तरल पदार्थ र परम्परागत DES जस्ता परम्परागत अवरोधकहरूको तुलनामा सुधारिएको तरल पदार्थ प्रदर्शन रहेको छ।
यस अध्ययनमा साइट्रिक एसिड (CA) मा आधारित NADES को घरमै तयारी समावेश हुनेछ र त्यसपछि विस्तृत भौतिक-रासायनिक विशेषताहरू र ड्रिलिंग तरल पदार्थको गुणहरू र यसको सुन्निने अवरोध क्षमताको मूल्याङ्कन गर्न ड्रिलिंग तरल पदार्थ योजकको रूपमा यसको प्रयोग समावेश हुनेछ। यस अध्ययनमा, CA ले हाइड्रोजन बन्ड स्वीकारकर्ताको रूपमा काम गर्नेछ जबकि ग्लिसरोल (Gly) ले शेल अवरोध अध्ययनहरूमा NADES गठन/छनोटको लागि MH स्क्रिनिङ मापदण्डको आधारमा चयन गरिएको हाइड्रोजन बन्ड दाताको रूपमा काम गर्नेछ। फुरियर ट्रान्सफर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (FTIR), एक्स-रे विवर्तन (XRD) र जेटा सम्भाव्यता (ZP) मापनले NADES-माटो अन्तरक्रिया र माटोको सुन्निने अवरोध अन्तर्निहित संयन्त्रलाई स्पष्ट पार्नेछ। थप रूपमा, यो अध्ययनले CA NADES मा आधारित ड्रिलिंग तरल पदार्थलाई 1-इथाइल-3-मेथाइलिमिडाजोलियम क्लोराइड [EMIM]Cl7,12,14,17,31, KCl र कोलाइन क्लोराइड:यूरिया (1:2) मा आधारित DES32 सँग तुलना गर्नेछ ताकि शेल अवरोध र ड्रिलिंग तरल पदार्थको प्रदर्शन सुधार गर्न तिनीहरूको प्रभावकारिताको अनुसन्धान गर्न सकियोस्।
साइट्रिक एसिड (मोनोहाइड्रेट), ग्लिसरोल (९९ यूएसपी), र युरिया इभाकेम, क्वालालम्पुर, मलेशियाबाट खरिद गरिएको थियो। कोलिन क्लोराइड (>९८%), [EMIM]Cl ९८%, र पोटासियम क्लोराइड सिग्मा एल्ड्रिच, मलेशियाबाट खरिद गरिएको थियो। सबै रसायनहरूको रासायनिक संरचना चित्र १ मा देखाइएको छ। हरियो रेखाचित्रले यस अध्ययनमा प्रयोग हुने मुख्य रसायनहरूको तुलना गर्दछ: इमिडाजोलिल आयनिक तरल पदार्थ, कोलिन क्लोराइड (DES), साइट्रिक एसिड, ग्लिसरोल, पोटासियम क्लोराइड, र NADES (साइट्रिक एसिड र ग्लिसरोल)। यस अध्ययनमा प्रयोग हुने रसायनहरूको पर्यावरण-मैत्री तालिका तालिका १ मा प्रस्तुत गरिएको छ। तालिकामा, प्रत्येक रसायनलाई विषाक्तता, जैविक विघटनशीलता, लागत, र वातावरणीय दिगोपनको आधारमा मूल्याङ्कन गरिएको छ।
यस अध्ययनमा प्रयोग गरिएका सामग्रीहरूको रासायनिक संरचना: (a) साइट्रिक एसिड, (b) [EMIM]Cl, (c) कोलाइन क्लोराइड, र (d) ग्लिसरोल।
CA (प्राकृतिक गहिरो युटेक्टिक विलायक) आधारित NADES को विकासको लागि हाइड्रोजन बन्ड दाता (HBD) र हाइड्रोजन बन्ड स्वीकारकर्ता (HBA) उम्मेदवारहरूलाई MH 30 चयन मापदण्ड अनुसार सावधानीपूर्वक चयन गरिएको थियो, जुन NADES लाई प्रभावकारी शेल अवरोधकहरूको रूपमा विकासको लागि हो। यस मापदण्ड अनुसार, ठूलो संख्यामा हाइड्रोजन बन्ड दाताहरू र स्वीकारकर्ताहरू साथै ध्रुवीय कार्यात्मक समूहहरू भएका घटकहरूलाई NADES को विकासको लागि उपयुक्त मानिन्छ।
यसको अतिरिक्त, यस अध्ययनमा तुलनाको लागि आयनिक तरल [EMIM]Cl र कोलाइन क्लोराइड: युरिया गहिरो युटेक्टिक सॉल्भेन्ट (DES) चयन गरिएको थियो किनभने तिनीहरू ड्रिलिंग फ्लुइड additives33,34,35,36 को रूपमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ। यसको अतिरिक्त, पोटासियम क्लोराइड (KCl) तुलना गरिएको थियो किनभने यो एक सामान्य अवरोधक हो।
युटेक्टिक मिश्रण प्राप्त गर्न साइट्रिक एसिड र ग्लिसरोललाई विभिन्न मोलर अनुपातमा मिसाइएको थियो। दृश्य निरीक्षणले युटेक्टिक मिश्रण टर्बिडिटी बिना एकसमान, पारदर्शी तरल पदार्थ भएको देखाएको छ, जसले हाइड्रोजन बन्ड डोनर (HBD) र हाइड्रोजन बन्ड स्वीकारकर्ता (HBA) लाई यस युटेक्टिक संरचनामा सफलतापूर्वक मिसाइएको संकेत गर्दछ। HBD र HBA को मिश्रण प्रक्रियाको तापक्रम-निर्भर व्यवहार अवलोकन गर्न प्रारम्भिक प्रयोगहरू सञ्चालन गरिएको थियो। उपलब्ध साहित्य अनुसार, युटेक्टिक मिश्रणहरूको अनुपात ५० °C, ७० °C र १०० °C माथि तीन विशिष्ट तापक्रममा मूल्याङ्कन गरिएको थियो, जसले युटेक्टिक तापमान सामान्यतया ५०-८० °C को दायरामा रहेको संकेत गर्दछ। HBD र HBA कम्पोनेन्टहरू सही रूपमा तौल गर्न मेटलर डिजिटल ब्यालेन्स प्रयोग गरिएको थियो, र नियन्त्रित अवस्थाहरूमा १०० rpm मा HBD र HBA लाई तताउन र हलचल गर्न थर्मो फिशर हट प्लेट प्रयोग गरिएको थियो।
हाम्रो संश्लेषित गहिरो युटेक्टिक सॉल्भेन्ट (DES) को थर्मोफिजिकल गुणहरू, जसमा घनत्व, सतह तनाव, अपवर्तक सूचकांक, र चिपचिपापन समावेश छ, २८९.१५ देखि ३३३.१५ K सम्मको तापक्रम दायरामा सही रूपमा मापन गरिएको थियो। यो ध्यान दिनुपर्छ कि यो तापक्रम दायरा मुख्यतया अवस्थित उपकरणहरूको सीमितताका कारण छनौट गरिएको थियो। व्यापक विश्लेषणमा यस NADES सूत्रीकरणको विभिन्न तापक्रम भौतिक गुणहरूको गहन अध्ययन समावेश थियो, जसले तापक्रमको दायरामा तिनीहरूको व्यवहार प्रकट गर्‍यो। यो विशिष्ट तापक्रम दायरामा ध्यान केन्द्रित गर्नाले NADES को गुणहरूमा अन्तर्दृष्टि प्रदान गर्दछ जुन धेरै अनुप्रयोगहरूको लागि विशेष महत्त्वको हुन्छ।
तयार पारिएको NADES को सतह तनाव इन्टरफेसियल टेन्सन मिटर (IFT700) प्रयोग गरेर २८९.१५ देखि ३३३.१५ K सम्मको दायरामा मापन गरिएको थियो। NADES थोपाहरू विशिष्ट तापक्रम र दबाब अवस्थाहरूमा केशिका सुई प्रयोग गरेर ठूलो मात्रामा तरल पदार्थले भरिएको चेम्बरमा बनाइन्छ। आधुनिक इमेजिङ प्रणालीहरूले ल्याप्लेस समीकरण प्रयोग गरेर इन्टरफेसियल टेन्सन गणना गर्न उपयुक्त ज्यामितीय प्यारामिटरहरू प्रस्तुत गर्दछन्।
२८९.१५ देखि ३३३.१५ K तापमान दायरामा भर्खरै तयार पारिएका NADES को अपवर्तन सूचकांक निर्धारण गर्न ATAGO रिफ्र्याक्टोमिटर प्रयोग गरिएको थियो। उपकरणले प्रकाशको अपवर्तनको डिग्री अनुमान गर्न तापक्रम नियमन गर्न थर्मल मोड्युल प्रयोग गर्दछ, जसले स्थिर-तापमान पानी स्नानको आवश्यकतालाई हटाउँछ। रिफ्र्याक्टोमिटरको प्रिज्म सतह सफा गर्नुपर्छ र नमूना घोललाई त्यसमाथि समान रूपमा वितरण गर्नुपर्छ। ज्ञात मानक घोलको साथ क्यालिब्रेट गर्नुहोस्, र त्यसपछि स्क्रिनबाट अपवर्तन सूचकांक पढ्नुहोस्।
तयार पारिएको NADES को चिपचिपाहट २८९.१५ देखि ३३३.१५ K को तापक्रम दायरामा ब्रुकफिल्ड रोटेशनल भिस्कोमिटर (क्रायोजेनिक प्रकार) प्रयोग गरेर ३० rpm को शियर रेट र ६ को स्पिन्डल साइजमा मापन गरिएको थियो। भिस्कोमिटरले तरल नमूनामा स्थिर गतिमा स्पिन्डल घुमाउन आवश्यक टर्क निर्धारण गरेर चिपचिपाहट मापन गर्दछ। नमूना स्पिन्डल मुनि स्क्रिनमा राखेपछि र कसिएपछि, भिस्कोमिटरले सेन्टीपोइस (cP) मा चिपचिपाहट प्रदर्शन गर्दछ, जसले तरल पदार्थको रियोलोजिकल गुणहरूमा बहुमूल्य जानकारी प्रदान गर्दछ।
२८९.१५–३३३.१५ K को तापक्रम दायरामा भर्खरै तयार पारिएको प्राकृतिक गहिरो युटेक्टिक विलायक (NDEES) को घनत्व निर्धारण गर्न पोर्टेबल घनत्व मिटर DMA ३५ आधारभूत प्रयोग गरिएको थियो। उपकरणमा निर्मित हीटर नभएकोले, NADES घनत्व मिटर प्रयोग गर्नु अघि यसलाई निर्दिष्ट तापक्रम (± २ °C) मा पहिले नै तताउनु पर्छ। ट्यूब मार्फत कम्तिमा २ मिलीलीटर नमूना कोर्नुहोस्, र घनत्व तुरुन्तै स्क्रिनमा प्रदर्शित हुनेछ। यो ध्यान दिन लायक छ कि निर्मित हीटरको अभावको कारणले गर्दा, मापन परिणामहरूमा ± २ °C को त्रुटि छ।
२८९.१५–३३३.१५ K को तापक्रम दायरामा भर्खरै तयार पारिएको NADES को pH मूल्याङ्कन गर्न, हामीले केनिस बेन्चटप pH मिटर प्रयोग गर्यौं। कुनै पनि निर्मित तताउने उपकरण नभएकोले, NADES लाई पहिले हटप्लेट प्रयोग गरेर इच्छित तापक्रम (±२ °C) मा तताइएको थियो र त्यसपछि pH मिटरले सिधै मापन गरिएको थियो। pH मिटर प्रोबलाई NADES मा पूर्ण रूपमा डुबाउनुहोस् र रिडिङ स्थिर भएपछि अन्तिम मान रेकर्ड गर्नुहोस्।
प्राकृतिक गहिरो युटेक्टिक सॉल्भेन्ट्स (NADES) को थर्मल स्थिरता मूल्याङ्कन गर्न थर्मोग्राभिमेट्रिक विश्लेषण (TGA) प्रयोग गरिएको थियो। तापक्रमको क्रममा नमूनाहरूको विश्लेषण गरिएको थियो। उच्च-परिशुद्धता सन्तुलन प्रयोग गरेर र ताप प्रक्रियालाई ध्यानपूर्वक निगरानी गर्दै, तापक्रम बनाम द्रव्यमान क्षतिको प्लट उत्पन्न गरिएको थियो। NADES लाई प्रति मिनेट १ °C को दरमा ० देखि ५०० °C सम्म तताइएको थियो।
प्रक्रिया सुरु गर्न, NADES नमूनालाई राम्ररी मिसाउनु पर्छ, एकरूप बनाउनु पर्छ, र सतहको ओसिलोपन हटाउनु पर्छ। त्यसपछि तयार गरिएको नमूनालाई TGA क्युभेटमा राखिन्छ, जुन सामान्यतया एल्युमिनियम जस्ता निष्क्रिय सामग्रीबाट बनेको हुन्छ। सही परिणामहरू सुनिश्चित गर्न, TGA उपकरणहरू सन्दर्भ सामग्रीहरू प्रयोग गरेर क्यालिब्रेट गरिन्छ, सामान्यतया तौल मापदण्डहरू। एक पटक क्यालिब्रेट भएपछि, TGA प्रयोग सुरु हुन्छ र नमूनालाई नियन्त्रित तरिकाले तताइन्छ, सामान्यतया स्थिर दरमा। नमूनाको तौल र तापक्रम बीचको सम्बन्धको निरन्तर अनुगमन प्रयोगको एक प्रमुख भाग हो। TGA उपकरणहरूले तापक्रम, तौल, र ग्यास प्रवाह वा नमूनाको तापक्रम जस्ता अन्य प्यारामिटरहरूमा डेटा सङ्कलन गर्छन्। TGA प्रयोग पूरा भएपछि, संकलित डेटालाई तापक्रमको कार्यको रूपमा नमूनाको तौलमा परिवर्तन निर्धारण गर्न विश्लेषण गरिन्छ। यो जानकारी नमूनामा भौतिक र रासायनिक परिवर्तनहरूसँग सम्बन्धित तापमान दायराहरू निर्धारण गर्न मूल्यवान छ, जसमा पग्लने, वाष्पीकरण, अक्सिडेशन, वा विघटन जस्ता प्रक्रियाहरू समावेश छन्।
पानीमा आधारित ड्रिलिंग फ्लुइडलाई API १३B-१ मापदण्ड अनुसार सावधानीपूर्वक तयार पारिएको थियो, र यसको विशिष्ट संरचना सन्दर्भको लागि तालिका २ मा सूचीबद्ध गरिएको छ। प्राकृतिक गहिरो युटेक्टिक विलायक (NADES) तयार गर्न सिग्मा एल्ड्रिच, मलेशियाबाट साइट्रिक एसिड र ग्लिसरोल (९९ USP) खरिद गरिएको थियो। यसको अतिरिक्त, परम्परागत शेल इन्हिबिटर पोटासियम क्लोराइड (KCl) पनि सिग्मा एल्ड्रिच, मलेशियाबाट खरिद गरिएको थियो। ड्रिलिंग फ्लुइड र शेल इन्हिबिसनको रियोलोजी सुधार गर्न यसको महत्त्वपूर्ण प्रभावको कारणले ९८% भन्दा बढी शुद्धता भएको १-इथाइल, ३-मेथिलिमिडाजोलियम क्लोराइड ([EMIM]Cl) चयन गरिएको थियो, जुन अघिल्लो अध्ययनहरूमा पुष्टि भएको थियो। NADES को शेल इन्हिबिसन कार्यसम्पादन मूल्याङ्कन गर्न तुलनात्मक विश्लेषणमा KCl र ([EMIM]Cl) दुवै प्रयोग गरिनेछ।
धेरै अनुसन्धानकर्ताहरूले शेल सुन्निने अध्ययन गर्न बेन्टोनाइट फ्लेक्स प्रयोग गर्न रुचाउँछन् किनभने बेन्टोनाइटमा उही "मोन्टमोरिलोनाइट" समूह हुन्छ जसले शेल सुन्निने कारण बनाउँछ। वास्तविक शेल कोर नमूनाहरू प्राप्त गर्नु चुनौतीपूर्ण छ किनभने कोरिङ प्रक्रियाले शेललाई अस्थिर बनाउँछ, परिणामस्वरूप नमूनाहरू पूर्ण रूपमा शेल होइनन् तर सामान्यतया बलौटे ढुङ्गा र चुनढुङ्गा तहहरूको मिश्रण हुन्छन्। थप रूपमा, शेल नमूनाहरूमा सामान्यतया मोन्टमोरिलोनाइट समूहहरूको अभाव हुन्छ जसले शेल सुन्निने कारण बनाउँछ र त्यसैले सुन्निने अवरोध प्रयोगहरूको लागि अनुपयुक्त हुन्छ।
यस अध्ययनमा, हामीले लगभग २.५४ सेन्टिमिटर व्यास भएका पुनर्गठित बेन्टोनाइट कणहरू प्रयोग गर्यौं। ग्रेन्युलहरू हाइड्रोलिक प्रेसमा १६०० पीएसआईमा ११.५ ग्राम सोडियम बेन्टोनाइट पाउडर थिचेर बनाइएका थिए। रेखीय डाइलेटोमिटर (LD) मा राख्नु अघि ग्रेन्युलहरूको मोटाई सही रूपमा मापन गरिएको थियो। त्यसपछि कणहरूलाई ड्रिलिंग फ्लुइड नमूनाहरूमा डुबाइयो, जसमा आधार नमूनाहरू र शेल सुन्निनबाट रोक्न प्रयोग गरिने अवरोधकहरूद्वारा इन्जेक्ट गरिएका नमूनाहरू समावेश थिए। त्यसपछि ग्रेन्युल मोटाईमा भएको परिवर्तनलाई LD प्रयोग गरेर सावधानीपूर्वक निगरानी गरियो, मापन २४ घण्टाको लागि ६०-सेकेन्ड अन्तरालमा रेकर्ड गरियो।
एक्स-रे विवर्तनले देखायो कि बेन्टोनाइटको संरचना, विशेष गरी यसको ४७% मोन्टमोरिलोनाइट घटक, यसको भौगोलिक विशेषताहरू बुझ्नको लागि एक प्रमुख कारक हो। बेन्टोनाइटको मोन्टमोरिलोनाइट घटकहरू मध्ये, मोन्टमोरिलोनाइट मुख्य घटक हो, जसले कुल घटकहरूको ८८.६% ओगटेको छ। यसैबीच, क्वार्ट्ज २९%, इलाइट ७% र कार्बोनेट ९% हो। सानो भाग (लगभग ३.२%) इलाइट र मोन्टमोरिलोनाइटको मिश्रण हो। यसको अतिरिक्त, यसमा Fe2O3 (४.७%), सिल्भर एल्युमिनोसिलिकेट (१.२%), मस्कोवाइट (४%), र फस्फेट (२.३%) जस्ता ट्रेस तत्वहरू छन्। यसको अतिरिक्त, Na2O (१.८३%) र फलाम सिलिकेट (२.१७%) को थोरै मात्रा उपस्थित छ, जसले बेन्टोनाइटको घटक तत्वहरू र तिनीहरूको सम्बन्धित अनुपातहरूको पूर्ण रूपमा मूल्यांकन गर्न सम्भव बनाउँछ।
यस विस्तृत अध्ययन खण्डले प्राकृतिक गहिरो युटेक्टिक विलायक (NADES) प्रयोग गरेर तयार पारिएको र विभिन्न सांद्रता (१%, ३% र ५%) मा ड्रिलिंग फ्लुइड एडिटिभको रूपमा प्रयोग गरिएको ड्रिलिंग फ्लुइड नमूनाहरूको रियोलोजिकल र फिल्ट्रेसन गुणहरूको विवरण दिन्छ। त्यसपछि NADES आधारित स्लरी नमूनाहरूलाई पोटासियम क्लोराइड (KCl), CC:यूरिया DES (कोलाइन क्लोराइड गहिरो युटेक्टिक विलायक:यूरिया) र आयनिक तरल पदार्थहरू मिलेर बनेको स्लरी नमूनाहरूसँग तुलना र विश्लेषण गरियो। यस अध्ययनमा १००°C र १५०°C मा बुढ्यौली अवस्थाको सम्पर्कमा आउनु अघि र पछि FANN भिस्कोमिटर प्रयोग गरेर प्राप्त गरिएको चिपचिपापन रिडिङहरू सहित धेरै प्रमुख प्यारामिटरहरू समेटिएका थिए। ड्रिलिंग फ्लुइड व्यवहारको विस्तृत विश्लेषणको लागि अनुमति दिँदै विभिन्न रोटेशन गति (३ rpm, ६ rpm, ३०० rpm र ६०० rpm) मा मापन लिइएको थियो। त्यसपछि प्राप्त डेटा उपज बिन्दु (YP) र प्लास्टिक चिपचिपापन (PV) जस्ता प्रमुख गुणहरू निर्धारण गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ, जसले विभिन्न अवस्थाहरूमा तरल पदार्थको प्रदर्शनमा अन्तर्दृष्टि प्रदान गर्दछ। ४०० साई र १५० डिग्री सेल्सियस (उच्च तापक्रमको इनारमा सामान्य तापक्रम) मा उच्च चाप उच्च तापक्रम (HPHT) निस्पंदन परीक्षणहरूले निस्पंदन कार्यसम्पादन (केकको मोटाई र निस्पंदनको मात्रा) निर्धारण गर्दछ।
यस खण्डले हाम्रो पानीमा आधारित ड्रिलिंग फ्लुइडहरूको शेल सुन्निने अवरोध गुणहरूको पूर्ण मूल्याङ्कन गर्न अत्याधुनिक उपकरण, ग्रेस HPHT लिनियर डाइलाटोमिटर (M4600) प्रयोग गर्दछ। LSM दुई घटकहरू मिलेर बनेको एक अत्याधुनिक मेसिन हो: एउटा प्लेट कम्प्याक्टर र एउटा लिनियर डाइलाटोमिटर (मोडेल: M4600)। बेन्टोनाइट प्लेटहरू ग्रेस कोर/प्लेट कम्प्याक्टर प्रयोग गरेर विश्लेषणको लागि तयार पारिएको थियो। त्यसपछि LSM ले यी प्लेटहरूमा तत्काल सुन्निने डेटा प्रदान गर्दछ, जसले शेलको सुन्निने अवरोध गुणहरूको व्यापक मूल्याङ्कन गर्न अनुमति दिन्छ। शेल विस्तार परीक्षणहरू परिवेशको अवस्था, अर्थात्, २५°C र १ psia अन्तर्गत सञ्चालन गरिएको थियो।
शेल स्थिरता परीक्षणमा प्रायः शेल रिकभरी टेस्ट, शेल डिप टेस्ट वा शेल डिस्परेसन टेस्ट भनेर चिनिने प्रमुख परीक्षण समावेश हुन्छ। यो मूल्याङ्कन सुरु गर्न, शेल कटिङहरूलाई #6 BSS स्क्रिनमा छुट्याइन्छ र त्यसपछि #10 स्क्रिनमा राखिन्छ। त्यसपछि कटिङहरूलाई होल्डिङ ट्याङ्कीमा खुवाइन्छ जहाँ तिनीहरूलाई आधार तरल पदार्थ र NADES (प्राकृतिक गहिरो युटेक्टिक सॉल्भेन्ट) भएको ड्रिलिंग माटोसँग मिसाइन्छ। अर्को चरण भनेको मिश्रणलाई तीव्र तातो रोलिङ प्रक्रियाको लागि ओभनमा राख्नु हो, जसले गर्दा कटिङ र माटो राम्ररी मिसिएको सुनिश्चित हुन्छ। १६ घण्टा पछि, शेललाई विघटन गर्न अनुमति दिएर कटिङहरूलाई पल्पबाट हटाइन्छ, जसको परिणामस्वरूप कटिङहरूको तौल घट्छ। शेल कटिङहरूलाई २४ घण्टा भित्र १५०°C र १००० psi. inch मा ड्रिलिंग माटोमा राखेपछि शेल रिकभरी परीक्षण गरिएको थियो।
शेल माटोको रिकभरी मापन गर्न, हामीले यसलाई एउटा राम्रो स्क्रिन (४० मेष) मार्फत फिल्टर गर्यौं, त्यसपछि यसलाई पानीले राम्ररी धोयौं, र अन्तमा यसलाई ओभनमा सुकायौं। यो मेहनती प्रक्रियाले हामीलाई मूल तौलको तुलनामा बरामद गरिएको माटो अनुमान गर्न अनुमति दिन्छ, अन्ततः सफलतापूर्वक बरामद गरिएको शेल माटोको प्रतिशत गणना गर्दै। शेल नमूनाहरूको स्रोत निया जिल्ला, मिरी जिल्ला, सारावाक, मलेशियाबाट हो। फैलावट र रिकभरी परीक्षणहरू अघि, शेल नमूनाहरूलाई तिनीहरूको माटोको संरचना मापन गर्न र परीक्षणको लागि तिनीहरूको उपयुक्तता पुष्टि गर्न पूर्ण एक्स-रे विवर्तन (XRD) विश्लेषण गरिएको थियो। नमूनाको माटोको खनिज संरचना निम्नानुसार छ: इलाइट १८%, काओलिनाइट ३१%, क्लोराइट २२%, भर्मिक्युलाइट १०%, र अभ्रक १९%।
सतह तनाव केशिका कार्य मार्फत शेल माइक्रोपोरहरूमा पानी क्याशनहरूको प्रवेशलाई नियन्त्रण गर्ने एक प्रमुख कारक हो, जुन यस खण्डमा विस्तृत रूपमा अध्ययन गरिनेछ। यस पेपरले ड्रिलिंग तरल पदार्थहरूको एकजुट गुणमा सतह तनावको भूमिकाको जाँच गर्दछ, ड्रिलिंग प्रक्रियामा यसको महत्त्वपूर्ण प्रभावलाई हाइलाइट गर्दछ, विशेष गरी शेल अवरोध। हामीले ड्रिलिंग तरल पदार्थ नमूनाहरूको सतह तनाव सही रूपमा मापन गर्न इन्टरफेसियल टेन्सियोमिटर (IFT700) प्रयोग गर्यौं, जसले शेल अवरोधको सन्दर्भमा तरल पदार्थ व्यवहारको महत्त्वपूर्ण पक्षलाई प्रकट गर्दछ।
यस खण्डले d-तह स्पेसिङको बारेमा विस्तृत रूपमा छलफल गर्दछ, जुन माटोमा एल्युमिनोसिलिकेट तहहरू र एउटा एल्युमिनोसिलिकेट तह बीचको अन्तर-तह दूरी हो। विश्लेषणले तुलनाको लागि १%, ३% र ५% CA NADES, साथै ३% KCl, ३% [EMIM]Cl र ३% CC:युरिया आधारित DES समावेश गरेको भिजेको माटोको नमूनाहरू समावेश गर्‍यो। Cu-Kα विकिरण (λ = १.५४०५९ Å) सँग ४० mA र ४५ kV मा सञ्चालन हुने अत्याधुनिक बेन्चटप एक्स-रे डिफ्र्याक्टोमिटर (D2 फेसर) ले भिजेको र सुख्खा Na-Bt दुवै नमूनाहरूको एक्स-रे विवर्तन शिखरहरू रेकर्ड गर्न महत्त्वपूर्ण भूमिका खेलेको थियो। ब्राग समीकरणको प्रयोगले d-तह स्पेसिङको सही निर्धारणलाई सक्षम बनाउँछ, जसले गर्दा माटोको व्यवहारमा बहुमूल्य जानकारी प्रदान गर्दछ।
यस खण्डले जेटा क्षमतालाई सही रूपमा मापन गर्न उन्नत माल्भर्न जेटासाइजर नानो ZSP उपकरणको प्रयोग गर्दछ। यो मूल्याङ्कनले तुलनात्मक विश्लेषणको लागि १%, ३%, र ५% CA NADES, साथै ३% KCl, ३% [EMIM]Cl, र ३% CC: युरिया-आधारित DES भएको पातलो माटोको नमूनाहरूको चार्ज विशेषताहरूको बारेमा बहुमूल्य जानकारी प्रदान गर्‍यो। यी परिणामहरूले कोलोइडल यौगिकहरूको स्थिरता र तरल पदार्थहरूमा तिनीहरूको अन्तरक्रियाको बारेमा हाम्रो बुझाइमा योगदान पुर्‍याउँछन्।
माटोका नमूनाहरूलाई प्राकृतिक गहिरो युटेक्टिक सॉल्भेन्ट (NADES) को सम्पर्कमा आउनु अघि र पछि ऊर्जा फैलाउने एक्स-रे (EDX) ले सुसज्जित Zeiss Supra 55 VP फिल्ड उत्सर्जन स्क्यानिङ इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोप (FESEM) प्रयोग गरेर जाँच गरिएको थियो। इमेजिङ रिजोल्युसन 500 nm थियो र इलेक्ट्रोन बीम ऊर्जा 30 kV र 50 kV थियो। FESEM ले माटोका नमूनाहरूको सतह आकारविज्ञान र संरचनात्मक सुविधाहरूको उच्च-रिजोल्युसन दृश्यावलोकन प्रदान गर्दछ। यस अध्ययनको उद्देश्य एक्सपोजर अघि र पछि प्राप्त छविहरूको तुलना गरेर माटोका नमूनाहरूमा NADES को प्रभावको बारेमा जानकारी प्राप्त गर्नु थियो।
यस अध्ययनमा, माटोको नमूनाहरूमा NADES को प्रभाव सूक्ष्म स्तरमा अनुसन्धान गर्न फिल्ड उत्सर्जन स्क्यानिङ इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी (FESEM) प्रविधि प्रयोग गरिएको थियो। यस अध्ययनको उद्देश्य NADES को सम्भावित अनुप्रयोगहरू र माटोको आकारविज्ञान र औसत कण आकारमा यसको प्रभाव स्पष्ट पार्नु हो, जसले यस क्षेत्रमा अनुसन्धानको लागि बहुमूल्य जानकारी प्रदान गर्नेछ।
यस अध्ययनमा, प्रयोगात्मक अवस्थाहरूमा औसत प्रतिशत त्रुटि (AMPE) को परिवर्तनशीलता र अनिश्चिततालाई दृश्यात्मक रूपमा वर्णन गर्न त्रुटि पट्टीहरू प्रयोग गरिएको थियो। व्यक्तिगत AMPE मानहरू प्लट गर्नुको सट्टा (किनकि AMPE मानहरू प्लट गर्दा प्रवृत्तिहरू अस्पष्ट हुन सक्छन् र साना भिन्नताहरूलाई बढाइचढाइ गर्न सक्छन्), हामी 5% नियम प्रयोग गरेर त्रुटि पट्टीहरू गणना गर्छौं। यो दृष्टिकोणले सुनिश्चित गर्दछ कि प्रत्येक त्रुटि पट्टीले अन्तराललाई प्रतिनिधित्व गर्दछ जस भित्र 95% विश्वास अन्तराल र 100% AMPE मानहरू घट्ने अपेक्षा गरिएको छ, जसले गर्दा प्रत्येक प्रयोगात्मक अवस्थाको लागि डेटा वितरणको स्पष्ट र संक्षिप्त सारांश प्रदान गर्दछ। यसरी 5% नियममा आधारित त्रुटि पट्टीहरू प्रयोग गर्नाले ग्राफिकल प्रतिनिधित्वहरूको व्याख्यात्मकता र विश्वसनीयतामा सुधार हुन्छ र परिणामहरू र तिनीहरूको प्रभावहरूको थप विस्तृत बुझाइ प्रदान गर्न मद्दत गर्दछ।
प्राकृतिक गहिरो युटेक्टिक सॉल्भेन्ट्स (NADES) को संश्लेषणमा, घरभित्र तयारी प्रक्रियाको क्रममा धेरै प्रमुख प्यारामिटरहरू सावधानीपूर्वक अध्ययन गरिएको थियो। यी महत्वपूर्ण कारकहरूमा तापक्रम, मोलर अनुपात, र मिश्रण गति समावेश छन्। हाम्रा प्रयोगहरूले देखाउँछन् कि जब HBA (साइट्रिक एसिड) र HBD (ग्लिसरोल) ५०°C मा १:४ को मोलर अनुपातमा मिसाइन्छ, एक युटेक्टिक मिश्रण बनाइन्छ। युटेक्टिक मिश्रणको विशिष्ट विशेषता यसको पारदर्शी, एकरूप उपस्थिति र तलछटको अनुपस्थिति हो। यसरी, यो प्रमुख चरणले मोलर अनुपात, तापक्रम र मिश्रण गतिको महत्त्वलाई हाइलाइट गर्दछ, जसमध्ये मोलर अनुपात DES र NADES को तयारीमा सबैभन्दा प्रभावशाली कारक थियो, जुन चित्र २ मा देखाइएको छ।
अपवर्तक सूचकांक (n) ले भ्याकुममा प्रकाशको गति र सेकेन्ड, घना माध्यममा प्रकाशको गतिको अनुपात व्यक्त गर्दछ। बायोसेन्सरहरू जस्ता अप्टिकली संवेदनशील अनुप्रयोगहरूलाई विचार गर्दा प्राकृतिक गहिरो युटेक्टिक सॉल्भेन्ट्स (NADES) को लागि अपवर्तक सूचकांक विशेष चासोको विषय हो। २५ डिग्री सेल्सियसमा अध्ययन गरिएको NADES को अपवर्तक सूचकांक १.४५२ थियो, जुन ग्लिसरोल भन्दा रोचक रूपमा कम छ।
यो कुरा ध्यान दिन लायक छ कि NADES को अपवर्तक सूचकांक तापक्रमसँगै घट्छ, र यो प्रवृत्तिलाई सूत्र (१) र चित्र ३ द्वारा सही रूपमा वर्णन गर्न सकिन्छ, निरपेक्ष औसत प्रतिशत त्रुटि (AMPE) ०% पुग्छ। यो तापक्रम-निर्भर व्यवहार उच्च तापक्रममा चिपचिपापन र घनत्वमा कमीद्वारा व्याख्या गरिएको छ, जसले गर्दा प्रकाश उच्च गतिमा माध्यमबाट यात्रा गर्छ, जसको परिणामस्वरूप अपवर्तक सूचकांक (n) मान कम हुन्छ। यी परिणामहरूले अप्टिकल सेन्सिङमा NADES को रणनीतिक प्रयोगमा बहुमूल्य अन्तर्दृष्टि प्रदान गर्दछ, बायोसेन्सर अनुप्रयोगहरूको लागि तिनीहरूको सम्भावनालाई हाइलाइट गर्दछ।
तरल सतहको क्षेत्रफल कम गर्ने प्रवृत्तिलाई प्रतिबिम्बित गर्ने सतह तनाव, केशिका दबाब-आधारित अनुप्रयोगहरूको लागि प्राकृतिक गहिरो युटेक्टिक सॉल्भेन्ट्स (NADES) को उपयुक्तताको मूल्याङ्कन गर्न धेरै महत्त्वपूर्ण छ। २५-६० °C को तापमान दायरामा सतह तनावको अध्ययनले बहुमूल्य जानकारी प्रदान गर्दछ। २५ °C मा, साइट्रिक एसिड-आधारित NADES को सतह तनाव ५५.४२ mN/m थियो, जुन पानी र ग्लिसरोलको भन्दा उल्लेखनीय रूपमा कम छ। चित्र ४ ले देखाउँछ कि बढ्दो तापक्रमसँगै सतह तनाव उल्लेखनीय रूपमा घट्छ। यो घटनालाई आणविक गतिज ऊर्जामा वृद्धि र अन्तरआणविक आकर्षक बलहरूमा पछिको कमीद्वारा व्याख्या गर्न सकिन्छ।
अध्ययन गरिएको NADES मा अवलोकन गरिएको सतह तनावको रैखिक घट्दो प्रवृत्तिलाई समीकरण (2) द्वारा राम्रोसँग व्यक्त गर्न सकिन्छ, जसले २५-६० °C को तापमान दायरामा आधारभूत गणितीय सम्बन्धलाई चित्रण गर्दछ। चित्र ४ मा रहेको ग्राफले १.४% को निरपेक्ष औसत प्रतिशत त्रुटि (AMPE) भएको तापक्रमसँग सतह तनावको प्रवृत्तिलाई स्पष्ट रूपमा चित्रण गर्दछ, जसले रिपोर्ट गरिएको सतह तनाव मानहरूको शुद्धतालाई परिमाण गर्दछ। यी परिणामहरूमा NADES को व्यवहार र यसको सम्भावित अनुप्रयोगहरू बुझ्नको लागि महत्त्वपूर्ण प्रभावहरू छन्।
प्राकृतिक गहिरो युटेक्टिक सॉल्भेन्ट्स (NADES) को घनत्व गतिशीलता बुझ्नु धेरै वैज्ञानिक अध्ययनहरूमा तिनीहरूको प्रयोगलाई सहज बनाउन महत्त्वपूर्ण छ। २५°C मा साइट्रिक एसिड-आधारित NADES को घनत्व १.३६१ g/cm3 छ, जुन मूल ग्लिसरोलको घनत्व भन्दा बढी छ। यो भिन्नतालाई ग्लिसरोलमा हाइड्रोजन बन्ड स्वीकारकर्ता (साइट्रिक एसिड) थपेर व्याख्या गर्न सकिन्छ।
उदाहरणको रूपमा साइट्रेट-आधारित NADES लाई लिँदा, यसको घनत्व ६०°C मा १.१९ g/cm3 मा झर्छ। तताउँदा गतिज ऊर्जामा वृद्धिले NADES अणुहरू छरिन्छन्, जसले गर्दा तिनीहरूले ठूलो मात्रा ओगट्छन्, जसले गर्दा घनत्वमा कमी आउँछ। घनत्वमा देखिएको कमीले तापक्रममा वृद्धिसँग एक निश्चित रेखीय सहसम्बन्ध देखाउँछ, जुन सूत्र (३) द्वारा उचित रूपमा व्यक्त गर्न सकिन्छ। चित्र ५ ले १.१२% को निरपेक्ष औसत प्रतिशत त्रुटि (AMPE) सँग NADES घनत्व परिवर्तनका यी विशेषताहरूलाई ग्राफिक रूपमा प्रस्तुत गर्दछ, जसले रिपोर्ट गरिएको घनत्व मानहरूको शुद्धताको मात्रात्मक मापन प्रदान गर्दछ।
चिपचिपापन गतिमा रहेको तरल पदार्थको विभिन्न तहहरू बीचको आकर्षक बल हो र यसले विभिन्न अनुप्रयोगहरूमा प्राकृतिक गहिरो युटेक्टिक सॉल्भेन्ट्स (NADES) को प्रयोज्यता बुझ्नमा महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्छ। २५ डिग्री सेल्सियसमा, NADES को चिपचिपापन ९५१ cP थियो, जुन ग्लिसरोल भन्दा बढी हो।
बढ्दो तापक्रमसँगै चिपचिपापनमा देखिएको कमी मुख्यतया अन्तरआणविक आकर्षक बलहरूको कमजोरीद्वारा व्याख्या गरिएको छ। यो घटनाले तरल पदार्थको चिपचिपापनमा कमी ल्याउँछ, जुन प्रवृत्ति चित्र ६ मा स्पष्ट रूपमा देखाइएको छ र समीकरण (४) द्वारा परिमाण गरिएको छ। उल्लेखनीय रूपमा, ६०°C मा, चिपचिपापन ८९८ cP मा झर्छ जसको समग्र औसत प्रतिशत त्रुटि (AMPE) १.४% छ। NADES मा चिपचिपापन बनाम तापमान निर्भरताको विस्तृत बुझाइ यसको व्यावहारिक प्रयोगको लागि धेरै महत्त्वपूर्ण छ।
हाइड्रोजन आयन सांद्रताको नकारात्मक लघुगणक द्वारा निर्धारण गरिएको घोलको pH महत्वपूर्ण छ, विशेष गरी DNA संश्लेषण जस्ता pH-संवेदनशील अनुप्रयोगहरूमा, त्यसैले NADES को pH प्रयोग गर्नु अघि सावधानीपूर्वक अध्ययन गर्नुपर्छ। साइट्रिक एसिड-आधारित NADES लाई उदाहरणको रूपमा लिँदा, १.९१ को स्पष्ट रूपमा अम्लीय pH अवलोकन गर्न सकिन्छ, जुन ग्लिसरोलको अपेक्षाकृत तटस्थ pH को विपरीत हो।
रोचक कुरा के छ भने, प्राकृतिक साइट्रिक एसिड डिहाइड्रोजनेज घुलनशील विलायक (NADES) को pH ले बढ्दो तापक्रमसँगै गैर-रैखिक घट्दो प्रवृत्ति देखाएको छ। यो घटना बढ्दो आणविक कम्पनहरूको कारणले हो जसले घोलमा H+ सन्तुलनलाई बाधा पुर्‍याउँछ, जसले गर्दा [H]+ आयनहरू बन्छन् र फलस्वरूप, pH मानमा परिवर्तन हुन्छ। साइट्रिक एसिडको प्राकृतिक pH ३ देखि ५ सम्म हुन्छ, तर ग्लिसरोलमा अम्लीय हाइड्रोजनको उपस्थितिले pH लाई १.९१ मा घटाउँछ।
२५–६० °C को तापक्रम दायरामा साइट्रेट-आधारित NADES को pH व्यवहारलाई समीकरण (५) द्वारा उचित रूपमा प्रतिनिधित्व गर्न सकिन्छ, जसले अवलोकन गरिएको pH प्रवृत्तिको लागि गणितीय अभिव्यक्ति प्रदान गर्दछ। चित्र ७ ले NADES को pH मा तापक्रमको प्रभावलाई हाइलाइट गर्दै यो रोचक सम्बन्धलाई ग्राफिक रूपमा चित्रण गर्दछ, जुन AMPE को लागि १.४% रिपोर्ट गरिएको छ।
प्राकृतिक साइट्रिक एसिड गहिरो युटेक्टिक विलायक (NADES) को थर्मोग्राभिमेट्रिक विश्लेषण (TGA) कोठाको तापक्रमदेखि ५०० डिग्री सेल्सियससम्मको तापक्रम दायरामा व्यवस्थित रूपमा गरिएको थियो। चित्र ८क र ख बाट देख्न सकिन्छ, १०० डिग्री सेल्सियससम्मको प्रारम्भिक द्रव्यमान हानि मुख्यतया अवशोषित पानी र साइट्रिक एसिड र शुद्ध ग्लिसरोलसँग सम्बन्धित हाइड्रेशन पानीको कारणले थियो। १८० डिग्री सेल्सियससम्म लगभग ८८% को महत्त्वपूर्ण द्रव्यमान अवधारण अवलोकन गरिएको थियो, जुन मुख्यतया साइट्रिक एसिडको एकोनिटिक एसिडमा विघटन र थप तताउँदा मिथाइलमेलिक एनहाइड्राइड (III) को गठनको कारणले भएको थियो (चित्र ८ख)। १८० डिग्री सेल्सियस भन्दा माथि, ग्लिसरोलमा एक्रोलिन (एक्रिलाल्डिहाइड) को स्पष्ट उपस्थिति पनि अवलोकन गर्न सकिन्छ, जस्तै चित्र ८ख३७ मा देखाइएको छ।
ग्लिसरोलको थर्मोग्राभिमेट्रिक विश्लेषण (TGA) ले दुई-चरणको द्रव्यमान हानि प्रक्रिया प्रकट गर्‍यो। प्रारम्भिक चरण (१८० देखि २२० डिग्री सेल्सियस) मा एक्रोलिनको गठन समावेश छ, त्यसपछि २३० देखि ३०० डिग्री सेल्सियस सम्मको उच्च तापक्रममा उल्लेखनीय द्रव्यमान हानि हुन्छ (चित्र ८a)। तापक्रम बढ्दै जाँदा, एसिटाल्डिहाइड, कार्बन डाइअक्साइड, मिथेन र हाइड्रोजन क्रमिक रूपमा बन्छन्। उल्लेखनीय रूपमा, द्रव्यमानको २८% मात्र ३०० डिग्री सेल्सियसमा राखिएको थियो, जसले NADES 8(a)38,39 को आन्तरिक गुणहरू दोषपूर्ण हुन सक्छन् भन्ने सुझाव दिन्छ।
नयाँ रासायनिक बन्धनको गठनको बारेमा जानकारी प्राप्त गर्न, फुरियर ट्रान्सफर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (FTIR) द्वारा प्राकृतिक गहिरो युटेक्टिक सॉल्भेन्ट्स (NADES) को ताजा तयार पारिएको सस्पेंशनहरूको विश्लेषण गरिएको थियो। विश्लेषण NADES सस्पेंशनको स्पेक्ट्रमलाई शुद्ध साइट्रिक एसिड (CA) र ग्लिसरोल (Gly) को स्पेक्ट्रासँग तुलना गरेर गरिएको थियो। CA स्पेक्ट्रमले १७५२ १/सेमी र १६७३ १/सेमीमा स्पष्ट शिखरहरू देखायो, जसले C=O बन्धनको स्ट्रेचिङ कम्पनहरूलाई प्रतिनिधित्व गर्दछ र CA को विशेषता पनि हो। थप रूपमा, चित्र ९ मा देखाइए अनुसार, फिंगरप्रिन्ट क्षेत्रमा १३६० १/सेमीमा OH बेन्डिङ कम्पनमा महत्त्वपूर्ण परिवर्तन अवलोकन गरिएको थियो।
त्यस्तै गरी, ग्लिसरोलको हकमा, क्रमशः ३२९१ १/सेमी र १४१४ १/सेमी तरंग संख्यामा OH स्ट्रेचिङ र बेन्डिङ कम्पनहरूको परिवर्तनहरू फेला परे। अब, तयार पारिएको NADES को स्पेक्ट्रमको विश्लेषण गर्दा, स्पेक्ट्रममा महत्त्वपूर्ण परिवर्तन फेला पर्यो। चित्र ७ मा देखाइए अनुसार, C=O बन्डको स्ट्रेचिङ कम्पन १७५२ १/सेमीबाट १७२० १/सेमीमा र ग्लिसरोलको -OH बन्डको बेन्डिङ कम्पन १४१४ १/सेमीबाट १३५९ १/सेमीमा सरेको छ। तरंग संख्याहरूमा यी परिवर्तनहरूले इलेक्ट्रोनगेटिभिटीमा परिवर्तनलाई संकेत गर्दछ, जसले NADES को संरचनामा नयाँ रासायनिक बन्डहरूको गठनलाई संकेत गर्दछ।