Ученые Сургутского государственного университета (СурГУ) в составе исследовательского коллектива предложили создавать управляемые наночастицы из побочных продуктов нефтедобычи. Такие вещества помогают контролировать свойства жидкостей — например, стабилизировать смеси воды и нефти при добыче. Результаты представлены в Journal of Molecular Liquids.
Почему тяжелые компоненты нефти трудно использовать?
Тяжелые компоненты нефти, например асфальтены, отличаются сложным составом и не всегда находят широкое промышленное применение. Большая часть этих веществ считается трудноперерабатываемой и, как правило, складируется или сжигается. Лишь некоторое количество используется в производстве битума или нефтегазовых технологиях.
Однако есть и другой подход: смесь относительно тяжелых органических веществ можно рассматривать как источник сырья для создания полезных углеродных материалов. Например, из асфальтенов можно получать наночастицы для повышения нефтедобычи — при добавлении в воду они помогают "выдавить" нефть из горной породы.
Что сделали ученые?
Исследователи совместно с коллегами из Томского политехнического университета и Сколковского института науки и технологий выяснили, с помощью каких поверхностно-активных веществ (ПАВ) можно стабилизировать углеродные наночастицы, полученные переработкой тяжелой фракции нефти, а также из оксида титана (TiO2) и оксида алюминия (Al2O3).
«
"Однако в воде они часто слипаются, образуют крупные агрегаты и теряют свои полезные свойства. Чтобы такие системы можно было применять на практике, частицы нужно "удержать" в растворе в виде устойчивого золя. Один из способов сделать это — подобрать подходящее поверхностно-активное вещество (ПАВ), которое закрепляется на поверхности частиц, меняет их заряд и препятствует слипанию", — объяснила директор Института естественных и технических наук СурГУ, руководитель стратегического технологического проекта "Химия нефти" Юлия Петрова, добавив, что самый простой пример ПАВ — обычное хозяйственное мыло.
Что показали эксперименты?
В ходе лабораторных испытаний ученые установили, что углеродные наночастицы в сочетании с определенным ПАВ наиболее эффективно уменьшают межфазное натяжение в модельной системе н-гексан/вода. Это показывает, что правильно подобранная "оболочка" из ПАВ может существенно менять поведение наночастиц на границе водной и углеводородной фаз.
«
"Полученные результаты важны прежде всего потому, что позволяют целенаправленно подбирать пары "наночастица — ПАВ" для получения устойчивых водных дисперсий. Это может быть полезно для разработки новых и стабилизации имеющихся составов для нефтегазовой промышленности, а также для других задач, где требуется управлять поведением наночастиц в жидкости", — отметил один из авторов работы, младший научный сотрудник НОЦ СурГУ Дмитрий Зеленцов.
В будущем специалисты планируют проверить устойчивость системы "углеродные наночастицы — ПАВ — вода" в более сложных средах, включая высокоминерализованные растворы и модельные нефтяные системы.
Работа выполнена при поддержке Фонда научно-технологического развития Ханты-Мансийского автономного округа — Югры (грант № 2024-535-03). Развитие направления продолжается в рамках стратегического технологического проекта СурГУ "Химия нефти" федеральной программы "Приоритет-2030" национального проекта "Молодежь и дети".