Experimentelle Messung und Modellierung der Asphalten-Adsorption an Eisenoxid- und Kalk-Nanopartikeln in An- und Abwesenheit von Wasser

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 122 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Die Ausfällung von Asphalten und seine Adsorption auf verschiedenen Oberflächen sind anspruchsvolle Themen im vor- und nachgelagerten Bereich der Ölindustrie und der Umwelt. In dieser Forschung wurde das Phänomen der Adsorption von Asphaltenen in Gegenwart und Abwesenheit von Wasser auf der Oberfläche von Magnetit-, Hämatit-, Calcit- und Dolomit-Nanopartikeln (NPs) untersucht. Fünf Asphaltene unterschiedlicher Herkunft, vier NPs als Adsorptionsmittel und Wasser aus dem Persischen Golf wurden für Dreiphasenexperimente (Asphalten/Toluollösung + NPs + Wasser) verwendet. Die Charakterisierung von Asphaltenen und NPs erfolgte mittels Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR), dynamischer Lichtstreuung (DLS), Elementaranalyse und Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie (FESEM). Adsorptionsexperimente wurden in Zweiphasensystemen (Asphalten/Toluollösung + NPs) und Dreiphasensystemen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass die effektivsten Parameter für die Asphaltenadsorption auf diesen NPs die Asphaltenzusammensetzung, nämlich der Stickstoffgehalt, und die Aromatizität der Asphaltene sind. Die signifikanten Auswirkungen dieser Parameter wurden auch durch die Relevanzfaktorfunktion als Sensitivitätsanalyse bestätigt. Im Wettbewerb der Asphalten-Adsorptionskapazität durch NPs hatten Eisenoxid-NPs die höchste Adsorption (Magnetit-NPs > Hämatit-NPs > Calcit-NPs > Dolomit-NPs). Aus den Ergebnissen der Experimente in Gegenwart der Wasserphase konnte hervorgehen, dass die Adsorption der Asphaltene an die NPs im Vergleich zu den Experimenten in Abwesenheit von Wasser mit einer Abnahme einherging. Die Modellierung zeigte auch, dass die physikalische Adsorption einen wesentlichen Beitrag zur Adsorption von Asphaltenen auf der Oberfläche von Eisenoxiden und Kalk-NPs leistet. Die Ergebnisse dieser Forschung können zu einem besseren Verständnis des Phänomens der Asphaltenadsorption und der Rolle von Eisenoxid- und Kalk-NPs bei der Lösung dieses Problems beitragen.

Asphalten ist der schwerste Bestandteil von Rohöl, der vom französischen Forscher Boussingault1 identifiziert wurde. Asphaltene sind in aromatischen Lösungsmitteln löslich, jedoch nicht in paraffinischen Lösungsmitteln mit niedrigem Siedepunkt wie n-Heptan und n-Pentan2,3. Asphaltene haben eine Clusterstruktur mit mehreren Ringen, die abwechselnd durch Alkylgruppen ersetzt ist und Heteroatome (Stickstoff, Schwefel und Sauerstoff) sowie Mengen an Metallelementen (Nickel, Vanadium usw.) aufweist4,5. Asphalten, der aromatischste und polarste kolloidale Bestandteil von Rohöl, kann verschiedene Probleme in der vor- und nachgelagerten Ölindustrie und in der Umwelt verursachen6. Asphaltene werden im kolloidalen Zustand durch Harze im Rohöl stabilisiert2,7. Wenn diese Harze im Rohöl aufgrund von Faktoren wie Druck, Temperatur und veränderter Zusammensetzung des Rohöls entfernt werden, können Asphaltene ausflocken und ausreichend große Partikel bilden. Dann führt die Polarität von Asphalten und verschiedenen funktionellen Gruppen dazu, dass es an verschiedenen festen Oberflächen adsorbiert wird und Schäden an der Formation (Änderung der Benetzbarkeit, Verstopfung der Poren im Reservoirgestein, gefolgt von einer Abnahme der Permeabilität), der Bohrlochsäule und dem Bohrlochkopf verursacht Ausrüstung (Ölleitungen), was zu erheblichen wirtschaftlichen Kosten führen kann8,9,10. Aus ökologischer Sicht kann die Adsorption von Asphaltenmolekülen am Boden an Orten, an denen Rohöl auf die Erdoberfläche gelangt, zerstörerische Auswirkungen auf die Umwelt haben und je nach Art der Adsorption (physikalische oder chemische Adsorption) dieses Phänomen beseitigen ist eine schwierige Aufgabe6. Dieses Phänomen ist so wichtig, dass viele Industrie- und Universitätsforscher es untersucht haben, um Vorschläge zur Reduzierung seiner Probleme und sogar zur optimalen Nutzung seines Potenzials zu liefern. Aufgrund des großen Erfolgs von Nanopartikeln (NPs) in den Ingenieurwissenschaften wurde der Einsatz von NPs zur Lösung der Asphaltenadsorption in den letzten Jahren von Forschern begrüßt. NPs haben dieses Problem aufgrund ihrer Funktionalisierungsfähigkeit, ihres sehr hohen Oberflächen-Volumen-Verhältnisses, ihrer hohen Oberflächenadsorptionsfähigkeit usw. gut gelöst.11,12,13.

Dudášová et al.14 untersuchten die Wirkung verschiedener NPs auf die Adsorption von Asphaltenen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Adsorptionsmenge stark von der Art des Adsorbens (NP-Typ) abhängt. Nassar et al.15 verwendeten Eisenoxid-NPs, nämlich Magnetit, Kobaltoxid und Nickeloxid, um Asphalten zu adsorbieren und es aus Schweröl zu entfernen. Anhand ihrer Ergebnisse wurde festgestellt, dass gebrauchte NPs eine hohe Adsorptionskapazität haben, und ihre Kapazität wurde wie folgt klassifiziert: NiO > Co3O4 > Fe3O4. In einer anderen Studie von Nassar et al.11 untersuchten sie die Adsorption von Asphalten an Metalloxid-NPs (Fe3O4, Co3O4, MgO, NiO, CaO und TiO2). Die Ergebnisse zeigten, dass die Adsorptionskapazität vom Molekulargewicht der Asphaltene abhängt. Madhi et al.16 untersuchten die Asphaltenadsorption auf drei NPs (SiO2, MgO und Al2O3). Basierend auf ihren Ergebnissen spielt die physikalische Adsorption eine entscheidende Rolle im Oberflächenadsorptionsmechanismus von Asphalten auf NPs. Ansari et al.6 verglichen das Ausmaß der Adsorption von Asphaltenen auf der Oberfläche von Dolomit-NPs und Mikropartikeln und zeigten, dass Dolomit-NPs eine höhere Adsorptionskapazität als Dolomit-Mikropartikel haben, und diese höhere Adsorptionskapazität ist auf die größere spezifische Oberfläche der NPs im Vergleich zu Dolomit-NPs zurückzuführen Mikropartikel. Bahmaninia et al.17 untersuchten die Auswirkungen hydrophober und hydrophiler Quarz-NPs auf die Asphaltenadsorption in Gegenwart und Abwesenheit von Wasser. Die Ergebnisse zeigten, dass Quarz-NPs in Gegenwart von Wasser insgesamt weniger Asphalten adsorbieren als in Abwesenheit von Wasser. Das Ergebnis der Forschung von Gonzalez und Taylor18 zeigte außerdem, dass die Anwesenheit von Wasser im Asphaltenaufnahmeprozess die Adsorptionsmenge verringert. Darüber hinaus wurden die Untersuchungen anderer Forscher zur Adsorption von Asphaltenen auf den Oberflächen von NPs (Fe3O4/TiO2, Fe3O4/Chitosan, Fe3O4/SiO2, γ-Fe2O3, α-Fe2O3, NiO/AlPO-5, NiO/ZSM-5) berücksichtigt , Fe2O3, Fe3O4 und Al2O3) zeigten alle ihre hohe Adsorptionsfähigkeit19,20,21,22.

Laut zahlreichen Forschungsarbeiten, die auf dem Gebiet der Asphaltenadsorption an verschiedenen Adsorptionsmitteln, einschließlich NPs, durchgeführt wurden, wurde der Einfluss vieler Parameter identifiziert, der in den Übersichtsarbeiten von Adams23, Mazloom et al.24 im Detail untersucht wurde und Tazikeh et al.25. Basierend auf zahlreichen Untersuchungen zum Phänomen der Asphaltenadsorption wird die Notwendigkeit einer umfassenden und vergleichbaren Untersuchung verschiedener NPs mit Asphaltenen unterschiedlicher Herkunft erkannt. Wenn man bedenkt, dass Adsorption ein Konkurrenzphänomen ist und stark von der Zusammensetzung der Adsorbatmaterialien sowie der Konkurrenz verschiedener Adsorbateinheiten im Adsorptionsprozess abhängt, scheint es, dass es immer noch viele unklare Fragen über die Zusammensetzung verschiedener Asphaltene und ihre Konkurrenz mit anderen gibt Moleküle wie Wassermoleküle zur Adsorption an verschiedenen NPs, die weitere Laboruntersuchungen erfordern. Eine vergleichende Untersuchung mehrerer NPs mit Asphaltenen unterschiedlicher Herkunft kann helfen, dieses komplexe Phänomen besser zu verstehen und verschiedene offene Fragen dieses Phänomens zu klären. Aufgrund der Koexistenz von Wasser und Öl unter realen Bedingungen in der Lagerstätte war der Einfluss von Wasser auf die Asphaltenadsorption schon immer wichtig und sollte im Detail untersucht werden. In dieser Arbeit haben wir versucht, die genannten Lücken in diesem Bereich zu schließen. Es ist zu beachten, dass diese Arbeit eine Fortsetzung unserer systematischen Studien zur Adsorption verschiedener Asphaltene auf verschiedenen Oberflächen ist: Dolomit-Mikropartikel und NPs6, hydrophile und hydrophobe Quarz-Mikropartikel und NPs17 sowie Magnetit-Mikropartikel26. Die molekulare Skizze des Problems, das in der aktuellen Forschung untersucht wird, ist in Abb. 1 dargestellt. Diese Abbildung zeigt, dass die Asphaltene in Öl mit funktionellen Gruppen von NPs absorbiert werden, was die Asphaltenausfällung und -ablagerung im porösen Medium reduzieren kann. Obwohl hier nur eine schematische Darstellung des in dieser Forschung betrachteten Problems dargestellt wird und das Ziel nicht darin besteht, die molekulare Struktur von Asphalten zu untersuchen; Zu diesem Zweck könnten interessierte Leser auf die Literatur zurückgreifen27,28,29.

Molekulare Darstellung der in der aktuellen Arbeit untersuchten Fragestellung.

In dieser Studie verwendeten wir angesichts des guten Erfolgs von Eisenoxid-NPs bei der Asphaltenadsorption Magnetit- (Fe3O4) und Hämatit-NPs (Fe2O3) im Vergleich zu zwei wichtigen Kalk-NPs, nämlich Dolomit (CaMg(CO3)2) und Calcit (CaCO3). NPs. Zum besseren Verständnis des Adsorptionsphänomens werden fünf Asphaltene unterschiedlicher Herkunft verwendet. Zur Charakterisierung von Asphaltenen und NPs werden Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR), dynamische Lichtstreuung (DLS), Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie (FESEM) und Elementaranalyse eingesetzt. Darüber hinaus wird Wasser aus dem Persischen Golf für Dreiphasentests genutzt. Mithilfe des Relevanzfaktors wird eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt, um den Einfluss verschiedener Asphaltenparameter auf deren Adsorption auf den NPs zu untersuchen. Schließlich werden vier Adsorptionsisothermenmodelle, nämlich Langmuir, Freundlich, Dubinin-Radushkevich und Temkin, zur Modellierung der Adsorptionsergebnisse angewendet.

Mit der ASTM-Methode (D-2007-80)30 wurden fünf Arten von Asphaltenen aus fünf verschiedenen Ölarten aus iranischen Feldern gewonnen. Wasser aus dem Persischen Golf mit einem pH-Wert von 7,9, das Cl−-, SO4 2−-, HCO3 2−-, K+-, Na+-, Ca2+- und Mg2+-Ionen und insgesamt 41 g/l31 gelöste Feststoffe enthielt, wurde zur Durchführung einer Dreiphasenanalyse (Asphalten/Toluollösung + NPs) verwendet + Wasser) Experimente. Es wurden Hämatit-NPs (99,5 % rein) mit einer mittleren Partikelgröße von 20 nm (basierend auf Prospektinformationen) und Calcit-NPs (99,5 % rein) mit einer mittleren Partikelgröße von 60 nm (basierend auf Prospektinformationen) sowie Dolomit und Magnetit gekauft NPs wurden aus ihren Ausgangsgesteinen mit einer mechanischen Mühle (Fritsch, PULVERISETTE, Deutschland) im Labor hergestellt. Die Methode zur Herstellung von Dolomit-NPs wurde in unserer jüngsten Arbeit6 ausführlich vorgestellt. Die Größe von Nano-Dolomitpartikeln liegt laut DLS-Analyse im Bereich von 200–530 nm, und laut SEM-Analyse beträgt die Partikelgröße 60 nm. Darüber hinaus wurde eine mechanische Mühle zur Herstellung von Magnetit-NPs verwendet. Zunächst wurde der Magnetitstein zu feinem Eisenpulver (30–70 μm) zerkleinert. Nasses Eisenpulver wurde zusammen mit Stahlkugeln mit einem Massenverhältnis von Kugel zu Pulver von 50:1 in die Becher der Maschine gegossen und 24 Stunden lang bei einer Geschwindigkeit von 300 U/min gemahlen. Anschließend wird das gemahlene Produkt unter Vakuum getrocknet. Bei diesem Verfahren wird die Masse der Stahlkugeln beim Mahlen so reduziert, dass sie fast die Hälfte des Gesamtgewichts des Eisens im System ausmachen. Die Anwesenheit von destilliertem Wasser und Eisenpellets spielt beim Mahlen eine wesentliche Rolle und sorgt für die Bildung von Fe3O432. Die durchschnittliche Größe der NPs betrug laut DLS-Analyse 91 nm. Es ist zu beachten, dass der DLS-Analysator den hydrodynamischen Durchmesser der Partikel berechnet, der auf NP-Ebene einen erheblichen Wert darstellt.

Die Untersuchung der Auswirkung der Adsorptionsmittelpartikelgröße auf die Asphaltenadsorption ist ein Parameter, der in vielen Studien erwähnt wurde. Wir haben die Auswirkung dieses Parameters in unserem vorherigen Artikel vollständig vom Mikro- bis zum Nanobereich abgedeckt6,17. Die durchschnittliche Partikelgröße der durch SEM erhaltenen Hämatit-, Calcit-, Dolomit- und Magnetit-NPs betrug etwa 40, 55, 60 bzw. 50 nm. Dies weist darauf hin, dass der Bereich der verwendeten NPs nahezu ähnlich war und ihre geringen Unterschiede keinen wesentlichen Einfluss auf den Adsorptionsprozess haben würden. Wie bereits erwähnt, besteht der Hauptzweck dieses Artikels darin, den Einfluss der Asphaltenzusammensetzung zu untersuchen und außerdem eine Konkurrenzumgebung zwischen Asphalten und Wasser für die Adsorption an NPs unabhängig von ihrer Größe zu schaffen.

Die FTIR-Analyse von Asphaltenen wurde in unseren früheren Arbeiten6,26 umfassend durchgeführt und beschrieben und wird hier kurz beschrieben. Die FTIR-Analyse (Brucker, TENSOR 27, Deutschland) wurde verwendet, um die Strukturen und funktionellen Gruppen von Asphaltenen zu identifizieren. Bei dieser Analyse wurden Asphaltenproben mit Kaliumbromidpulver gemischt. Außerdem wurden Proben im Bereich von 400 bis 4000 cm−1 mit 32 Scans und einer Auflösung von 4 cm−1 analysiert. Mithilfe der Elementaranalyse (Elementar, Vario MACRO, Deutschland) wurden Stickstoff-, Kohlenstoff-, Schwefel- und Wasserstoffelemente in Asphaltenproben bestimmt. Der Sauerstoffgehalt und das H/C-Verhältnis der Proben wurden aus CHNS-Werten berechnet. Die DLS-Analyse (Malvern, ZEN3600, England) wurde angewendet, um die Partikelgröße von Asphaltenproben und NPs zu überprüfen. Die Proben wurden im Lösungsmittel 5 Minuten lang bei 25 °C vorbereitet. Für Asphaltenproben wurden Toluol-Lösungsmittel und nichtionisierte Wasser-NPs verwendet. Die FESEM-Analyse (HITACHI, S4160, Japan) wurde verwendet, um die Oberflächeneigenschaften und Morphologie von NPs zu identifizieren.

Adsorptionsexperimente wurden durchgeführt, indem 0,1 g NPs zu 10 ml unterschiedlicher Konzentrationen Asphalten/Toluol (0, 100, 200, 500 und 1000 ppm) hinzugefügt wurden. Die Proben wurden 18 Stunden lang bei einer Geschwindigkeit von 250 U/min bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck in einen Inkubationsschüttler gegeben6. Die Adsorption von Asphaltenen auf NPs wurde mit einem UV-sichtbaren Spektrophotometer gemessen. Es ist zu beachten, dass die Adsorptionsmessung bei einer Wellenlänge von λ = 410 nm durchgeführt wurde, was aufgrund des Vorhandenseins von Metallporphyrinen in Asphalten eine ausreichende Empfindlichkeit für die Messung darstellt22,33,34. Schließlich wurde die Menge der auf der NP-Oberfläche adsorbierten Asphaltene durch Gleichung berechnet. (1). In dieser Gleichung ist q die Asphaltenaufnahme (mg/g), V zeigt das Lösungsvolumen (L), C0 ist die Anfangskonzentration der Asphaltenlösung (mg/L), Ce zeigt die Gleichgewichtskonzentration (mg/L), und m bezeichnet die Adsorptionsmittelmasse (g)6.

Dreiphasentests wurden ähnlich wie Zweiphasentests durchgeführt, mit dem Unterschied, dass bei Dreiphasentests Wasser in das System gegeben wurde. In diesen Experimenten wurde ein System mit Wasser und Asphalten/Toluol-Lösung im Verhältnis 1:1 betrachtet und NPs hinzugefügt, um die konkurrierende Adsorptionsleistung von Asphaltenen und Wasser zu untersuchen. Hier enthalten zwei- und dreiphasige Systeme eine gleiche Masse an Asphaltenen in den gesamten Lösungen, weshalb die Wirkung der Wasserphase auf die Adsorption von Asphaltenen durch NPs untersucht wurde. Es ist bemerkenswert, dass bei Verwendung eines Schüttel-Inkubators die Mischung aus Asphalten/Toluol-Lösung und Wasser vor der Zugabe der NPs und nach deren Zugabe während des kontinuierlichen Experiments gerührt wird17,26.

Dubinin-Radushkevich-, Temkin-, Freundlich- und Langmuir-Modelle wurden zur Modellierung der Adsorptionsprozesse von Asphaltenen auf NPs verwendet. Die nichtlinearen und linearen Formen der genannten Modelle wurden in den Gleichungen dargestellt. (2) bis (5). Weitere Informationen zu den in dieser Studie verwendeten Adsorptionsmodellen finden Sie in der Literatur35,36,37.

Langmuir:

Dubinin–Raduschkewitsch:

Freundlich:

Haltung:

Hämatit-NPs haben eine rote Farbe, Calcit-NPs sind weiß, Dolomit-NPs sind gelbbraun und Magnetit-NPs sind schwarz. Abbildung 2 zeigt die FESEM-Analysebilder von NPs. Gemäß Abb. 2 haben Hämatit-NPs eine nahezu kugelförmige Form und Calcit-NPs eine kubische Form. Aufgrund der Tatsache, dass Dolomit- und Magnetit-NPs durch ein physikalisches Verfahren, dh unter Verwendung einer mechanischen Mühle, hergestellt werden, haben sie unregelmäßige Formen in der Form der Partikel verursacht. Es ist erwähnenswert, dass in unserer vorherigen Arbeit Dolomit-NPs hergestellt und für zweiphasige statische Adsorptionsexperimente verwendet wurden, und die Methode zur Herstellung von Dolomit-NPs wurde in unserer vorherigen Studie ausführlich vorgestellt6.

FESEM-Analyse von (a) Hämatit-38, (b) Calcit-39, (c) Dolomit- und (d) Magnetit-NPs.

Die vollständige Charakterisierung von Asphaltenen wurde in unseren früheren Arbeiten vollständig beschrieben6,17,26 und hier wird noch einmal eine kurze Beschreibung gegeben. Zur Überprüfung des Gehalts von fünf Asphaltenen wurde eine Elementaranalyse durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Gemäß Tabelle 1 weist As-1 einen höheren Heteroatomgehalt (NSO) auf als andere Asphaltene. Der Gehalt an Heteroatomen (Gesamt-NSO) gibt die Polarität des Asphaltens an, und je höher dieser Wert im Asphalten ist, desto höher ist die Polarität des Asphaltens26,40. Daher besitzt As-1 die höchste Polarität und As-3 die niedrigste Polarität unter den fünf Asphaltenen. Das H/C-Verhältnis zeigt die aromatische Natur von Asphalten an. Je niedriger sein Wert, desto aromatischer ist das Asphalten41,42. Laut Tabelle 1 hat As-2 im Vergleich zu anderen Asphaltenen die aromatischste Natur (aromatische Ringe) und As-4 die am wenigsten aromatische Natur.

Wie bereits erwähnt, wurde die FTIR-Analyse von Asphaltenen in unseren früheren Arbeiten6,17,26 umfassend beschrieben und wird hier kurz beschrieben, um sie für die Leser verständlich zu machen. Um die funktionelle Gruppe von Asphaltenen zu untersuchen, die von großer Bedeutung ist, wurde eine FTIR-Analyse der fünf untersuchten Asphaltene durchgeführt. Abbildung 3 zeigt die Spektren dieser Analyse für fünf Asphaltene. Für einen besseren Vergleich der FTIR-Ergebnisse wird empfohlen, alle Spektren zu normalisieren. Der Normalisierungsprozess erfolgte entsprechend der asymmetrischen Streckung der CH-Bindung in den CH2-Gruppen (Methylen) bei der Wellenlänge 2923 (cm−1), die in den fünf Proben dieses Peaks beobachtet wurde. In Tabelle S1 sind alle identifizierten signifikanten Peaks und alle funktionellen Gruppen der fünf Asphaltene aufgeführt. Zusätzlich zur Identifizierung der funktionellen Gruppen von Asphaltenen können die strukturellen Eigenschaften von Asphaltenproben durch die Berechnung einiger Indizes identifiziert werden, die entsprechend der Fläche unter den Peaks des FTIR-Analysespektrums definiert werden. Es kann nützliche Erkenntnisse bei der Untersuchung des Adsorptionsverhaltens von Asphaltenen liefern. Aromatischer Index = \(\frac{{A}_{1600}}{{A}_{814}+{A}_{743}+{A}_{724}}\, aliphatischer Index = \(\ frac{{A}_{1460}+{A}_{1376}}{\sum A}\) und Sulfoxidindex=\(\frac{{A}_{1030}}{\sum A}\) wurden in dieser Studie berechnet43,44. In den obigen Indizes gibt der Buchstabe A die Fläche unter dem Peak bei der Wellenlänge x an. Wobei die tiefgestellten und A-Zahlen die Wellenzahl angeben, die dem Peak bzw. dem Peakbereich im Adsorptionsspektrum entspricht43,44.

FTIR-Spektrum von Asphaltenproben26 und Strukturparameter von Asphaltenproben basierend auf FTIR-Analyse17,26.

Die Ergebnisse der Indexberechnungen sind in Abb. 3 dargestellt. Gemäß Abb. 3 hat As-2, dann As-1 den höchsten aromatischen Wert und der niedrigste aromatische Wert steht im Zusammenhang mit As-4, was mit der Elementaranalyse übereinstimmt (Tabelle 1). Unter den fünf Asphaltenen weist As-2 die wenigsten aliphatischen Verbindungen und As-3 die meisten aliphatischen Verbindungen auf. Außerdem gibt es die höchste Häufigkeit von S=O-Bindungen in As-5, während die geringste dieser Verbindungen in As-1 vorkommt.

Die DLS-Analyse wurde in unseren früheren Arbeiten6,17,26 durchgeführt, und hier wird nur eine kurze Erläuterung dazu gegeben, um sie bei der Analyse der aktuellen Arbeit zu verwenden. Abbildung 4 zeigt die Partikelgrößenverteilung von fünf in dieser Arbeit verwendeten Asphaltenproben, die durch DLS-Analyse ermittelt wurden. Basierend auf diesen Ergebnissen wurde die mittlere Partikelgröße der Asphaltene mit 46 ± 11, 96 ± 25, 161 ± 44, 380 ± 92 bzw. 55 ± 10 berechnet. Basierend auf den Ergebnissen weist As-1 die kleinste und As-4 die größte Partikelgröße im Vergleich mit anderen Proben auf. Es ist bemerkenswert, dass eine Beziehung zwischen der durchschnittlichen Asphalten-Partikelgröße und dem Sulfoxid-Index der FTIR-Analyse besteht, so dass die durchschnittliche Partikelgröße umso größer ist, je größer der Asphalten-Sulfoxid-Index ist. Sulfoxide gelten als sehr polare Gruppe. Je häufiger sie in einer Probe vorkommen, desto geringer ist die Asphaltenlöslichkeit in Toluol und desto größer ist die Asphaltenpartikelgröße in der DLS-Analyse29.

Partikelgrößenverteilung von fünf Asphaltenproben26.

Die Ergebnisse der Zweiphasenadsorptionsexperimente sind in Abb. 5 dargestellt. Gemäß Abb. 5 weist As-2 die größte und As-4 die geringste Tendenz zur Adsorption auf der Oberfläche aller NPs auf. Entsprechend der Tendenz der Asphaltene, auf der Oberfläche aller NPs zu adsorbieren, werden sie wie folgt eingestuft: As-2 > As-1 > As-5 > As-3 > As-4. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Adsorptionstendenz von fünf Proben auf der Oberfläche von Eisenoxid- und Kalk-NPs nahezu einen Trend aufweist. Diese Ergebnisse zeigen, dass im komplexen Prozess der Adsorption die Art des Asphaltens (Asphaltene verschiedener Herkunft) die Art der Metall- und Kalkadsorbentien dominiert (d. h. es gibt keinen Effekt, der die Tendenz der Asphaltene, von Eisenoxid und Kalk adsorbiert zu werden, verändert). NPs und wir sehen den gleichen qualitativen Adsorptionstrend für alle NPs und nur die quantitative Adsorptionsmenge unterscheidet sich. In Anbetracht des Einflusses der Asphaltenart auf die Oberfläche dieser NPs können die Gründe für die unterschiedlichen Adsorptionsmengen von Asphaltenen auf der NP-Oberfläche auf die Rolle der Heteroatome von Asphaltenen, die Aromatizität von Asphaltenen, die Größe der Asphaltenpartikel und deren Größe zurückgeführt werden Polarität. Den Ergebnissen der Elementaranalyse von fünf Asphaltenen zufolge wurde festgestellt, dass ein direkter Zusammenhang zwischen dem Stickstoffgehalt und der aromatischen Natur von Asphaltenen mit der Asphaltenadsorption besteht, was als Adsorption von Asphaltenen auf den Oberflächen von Magnetit-NPs bezeichnet werden kann , Hämatit, Calcit und Dolomit nehmen mit der Erhöhung dieser beiden Parameter zu. Außerdem fanden wir keinen Zusammenhang zwischen der Größe der Partikel und der Polarität der Asphaltene mit ihrer Adsorptionsmenge auf der Oberfläche von Magnetit-, Hämatit-, Calcit- und Dolomit-NPs. Es ist zu beachten, dass in unserer jüngsten Forschung die Polarität von Asphaltenen einer der wichtigen Parameter bei der Adsorption von Asphaltenen auf Quarz-NPs war17. Es ist zu beachten, dass die Grafik der As-1-, As-2-, As-4- und As-5-Adsorptionsisothermen auf der Dolomit-NP-Oberfläche in Abb. 5 aus unserer vorherigen Arbeit stammt6.

Isothermen der Adsorption von Asphaltenen auf (a) Magnetit-NPs, (b) Hämatit-NPs, (c) Calcit-NPs und (d) Dolomit-NPs.

Die International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC)45 hat eine Klassifizierung von Adsorptionsisothermen vorgeschlagen, die auf der Adsorption von N2 bei 77 K an feine Feststoffpulver (Gas/Feststoff-Systeme) basiert und in Abb. S1 dargestellt ist. Wenn man bedenkt, dass NPs als kolloidale Aggregate in der kontinuierlichen Phase vorliegen und abhängig von der Größe der Poren der NP-Aggregate sowie der Größe und Art der Asphalten-Aggregate und der Art ihrer Wechselwirkung mit den NPs, kann die Adsorption von Asphaltenen an NPs auf beliebige Weise erfolgen die oben genannten Arten von Adsorptionsisothermen (IUPAC-Klassifizierung). Durch den Vergleich der Isothermen von Abb. 5 mit Abbildung S1 (Klassifizierung der Adsorptionsisothermen) wurde festgestellt, dass die Adsorptionsisothermen der Asphaltene As-1 und As-2 für alle NPs (Eisenoxid- und Kalk-NPs) der Typ-II-Klassifizierung der Adsorption folgen Isothermen und die Isotherme der Adsorption der Asphaltene As-3, As-4 und As-5 für alle NPs folgen der Typ-IV-Klassifizierung der Adsorptionsisotherme. Da diese Kategorien üblicherweise für Gas-Feststoff-Systeme betrachtet werden, haben wir die Erläuterungen auf diesen Umfang beschränkt. Für weitere Informationen zur Adsorptionsisothermenklassifizierung (IUPAC) werden interessierte Leser auf die Literaturstudien verwiesen24,45.

Abbildung 6 zeigt die Adsorptionsmenge jedes Asphaltens mit Magnetit-, Hämatit-, Calcit- und Dolomit-NPs. Gemäß Abb. 6 haben Magnetit-NPs die höchste Adsorptionskapazität, gefolgt von Hämatit, Calcit und Dolomit (Magnetit-NPs > Hämatit-NPs > Calcit-NPs > Dolomit-NPs), was zeigt, dass Eisenoxid-NPs eine stärkere Adsorption aufweisen als Kalk-NPs. Adsorbentien (NPs und Mikropartikel), die Eisenoxid enthalten, weisen eine andere mehrstufige Adsorptionsisotherme auf als andere Adsorbentien (Ton und Nicht-Ton)23,46,47. Aus diesem Grund hatten Eisenoxid-NPs eine höhere Adsorptionsrate als Kalk-NPs. Darüber hinaus hat die Zugabe verschiedener Eisenverbindungen zu Asphaltenproben einen erheblichen Einfluss auf deren Polarität und verstärkt die Neigung der Asphaltene zur Ausfällung48. Der Grund für die geringe Adsorption von Asphaltenen in Kalk-NPs im Vergleich zu Eisenoxid-NPs liegt in den schwachen basischen Ca-OH-Gruppen. Dolomite und Calcit gelten als normalerweise positiv geladen, was zu schwächeren Wechselwirkungen zwischen funktionellen Asphaltengruppen und Calciumhydroxylen führen könnte23,47.

Die Adsorptionsmenge jedes Asphaltens (a) As-1, (b) As-2, (c) As-3, (d) As-4, (e) As-5 auf Magnetit, Hämatit, Calcit und Dolomit NPs bei einer Anfangskonzentration von 1000 ppm.

Angesichts des breiten Spektrums an Tests und der vielen Parameter, die bei der Asphaltenadsorption eine Rolle spielen, ist die Verwendung einer Sensitivitätsanalyse eine gute Option, um die Wirkung verschiedener Parameter zu überprüfen, die den Adsorptionsprozess beeinflussen können. Daher wurde der Relevanzfaktor (r) verwendet, um die Parameter zu bestätigen, die die Adsorption von Asphaltenen auf Magnetit-, Hämatit-, Calcit- und Dolomit-NPs beeinflussen, was im Abschnitt „Zweiphasen-Asphalten-Adsorptionsexperimente“ besprochen wurde. Mit dieser Sonderfunktion werden die Parameter überprüft, die die Zielreaktion beeinflussen49,50. Hier haben wir den Einfluss von Parametern wie Asphalten-Heteroatomen, aromatischer Natur des Asphaltens, durchschnittlicher Asphalten-Partikelgröße, Asphalten-Polarität und der anfänglichen Konzentration der Asphalten/Toluol-Lösung auf die Zielreaktion (Adsorption von Asphalten auf Magnetit, Hämatit, Calcit usw.) bewertet Dolomit-NPs) unter Verwendung des Relevanzfaktors. Der höhere r-Wert weist auf den größeren Einfluss dieses Parameters auf die Asphaltenadsorption hin. Der Relevanzfaktor wird mit der folgenden Gleichung51 berechnet:

wobei INi,j und INm,i den j-ten Wert bzw. den Mittelwert des i-ten Eingabeparameters zeigen, wobei i Heteroatome, aromatische Natur, durchschnittliche Asphalten-Partikelgröße, Polarität und Anfangskonzentration der Asphalten/Toluol-Lösung sein könnten; Qm bezeichnet den Mittelwert der Adsorption von Asphaltenen auf Magnetit-, Hämatit-, Calcit- und Dolomit-NPs und Qj ist der j-te Wert der Asphaltenadsorption auf den Calcit-, Dolomit-, Magnetit- und Hämatit-NPs. Abbildung 7 zeigt den Einfluss von Parametern auf die Adsorption von Asphaltenen auf der Oberfläche von Magnetit-, Hämatit-, Calcit- und Dolomit-NPs. Betrachtet man die Form der anfänglichen Konzentration der Asphalten/Toluol-Lösung, hat sie den größten Einfluss auf die Asphaltenadsorption auf der Oberfläche von Magnetit-, Hämatit-, Calcit- und Dolomit-NPs, was ziemlich offensichtlich ist. Der direkte Zusammenhang zwischen der anfänglichen Konzentration von Asphalten in der Lösung und seiner Adsorption auf verschiedenen Oberflächen wurde in vielen Studien beobachtet23,47,52. Dann haben der Stickstoffgehalt und die aromatische Beschaffenheit von Asphalten, dh der Aromatenindex von Asphalten und das H/C-Verhältnis (dessen Wert in umgekehrter Beziehung zur aromatischen Beschaffenheit steht), den größten Einfluss auf die Adsorption der Asphaltene auf dem Magnetit , Hämatit-, Calcit- und Dolomit-NPs, die ebenfalls im vorherigen Abschnitt erwähnt wurden und auch in dieser statistischen Analyse nachgewiesen werden. Auch die Auswirkungen dieser Parameter stimmen mit der Literatur überein6,14,26,41,47. Andere Parameter (Schwefel- und Asphaltenpolarität) haben einen geringeren Einfluss als die genannten Parameter, was auch in der Literatur beobachtet wurde6,26. Der gegenteilige Effekt auf die Aufnahme von Asphaltenen durch Magnetit-, Hämatit-, Calcit- und Dolomit-NPs hängt mit dem Sauerstoffgehalt, dem H/C-Verhältnis und der durchschnittlichen Partikelgröße von Asphaltenen zusammen, was mit der Literatur übereinstimmt6,26. Darüber hinaus stimmen die Ergebnisse der Sensitivitätsanalyse mit den Ergebnissen des Abschnitts „Zweiphasen-Asphalten-Adsorptionsexperimente“ dieser Arbeit überein und bestätigen diese.

Die Auswirkung von Parametern auf die Adsorption von Asphaltenen durch Magnetit-, Hämatit-, Calcit- und Dolomit-NPs.

Wenn man bedenkt, dass in den Lagerstättenbedingungen neben Öl auch Wasser vorhanden ist, kann Wasser einen großen Einfluss auf die Asphaltenadsorption haben. In diesen Experimenten wurde die Wirkung von Wasser auf die Adsorption von Asphalten an Magnetit-, Hämatit-, Calcit- und Dolomit-NPs bewertet. Wie bereits erwähnt, enthielten zwei- und dreiphasige Systeme eine gleiche Masse an Asphaltenen in den gesamten Lösungen (10 ml Asphalten/Toluol-Lösung mit einer Anfangskonzentration von 100 ppm für Zweiphasentests und 5 ml Wasser + 5 ml Asphalten/Toluol-Lösung). mit einer Anfangskonzentration von 200 ppm für Dreiphasentests). Die Ergebnisse dieser Tests sind in Abb. 8 dargestellt. Basierend auf den Ergebnissen ist die Adsorptionsmenge von fünf Asphaltenen auf den Eisenoxid- und Kalk-NPs in Gegenwart der wässrigen Phase (drei Phasen) im Vergleich zum Fehlen dieser Phase deutlich zurückgegangen Phase (zwei Phasen). Diese Abnahme der Menge an Asphaltenadsorption in Magnetit-NPs im Vergleich zu Zweiphasen-NPs ist zu mindestens 44 % mit As-1 und maximal 69 % mit As-5 verbunden, bei Hämatit-NPs zu mindestens 34 % As-1 und maximal 58 % sind mit As-4 verbunden, in Calcit-NPs sind mindestens 14 % mit As-2 und maximal 34 % mit As-4 verbunden, und in Dolomit-NPs sind es mindestens 11 % ist mit As-1 assoziiert und maximal 35 % sind mit As-3 assoziiert. Mittlerweile ist die Reduzierung der Asphaltenadsorption an den Magnetit- und Hämatit-NPs (Eisenoxid-NPs) deutlich höher als bei Calcit- und Dolomit-NPs. Wasserstoffbrückenbindungen (H-Brücken) sind entscheidend für die Wechselwirkungen zwischen Asphalten-Adsorbens und Asphalten-Asphalten, die durch die Anwesenheit von Wasser stark verändert werden können. Dies bedeutet, dass die Probenaufnahme abnimmt, wenn die Oberflächen eines Adsorptionsmittels Feuchtigkeit ausgesetzt werden, da Wasser stark um Oberflächenadsorptionsstellen konkurriert, die Asphaltenadsorption jedoch nicht vollständig hemmt23,26. Wasser ist eine der wirksamsten Flüssigkeiten zur Beseitigung polarer Kohlenwasserstoffe, die an Eisenoxid adsorbiert sind26,47,53. Es scheint, dass Eisenkomplexierungsmittel die Ersetzungsleistung von Asphalten durch Wasser verbessern, was ein weiterer Grund für die geringere Adsorption von Asphaltenen auf den Eisenoxid-NPs (Magnetit und Hämatit) im Dreiphasensystem sein könnte.

Der Einfluss von Wasser auf die Asphaltenaufnahme durch (a) Magnetit-NPs, (b) Hämatit-NPs, (c) Calcit-NPs, (d) Dolomit-NPs.

Vier Adsorptionsisothermenmodelle, nämlich Freundlich, Temkin, Langmuir und Dubinin-Radushkevich, wurden zur Modellierung des Adsorptionsprozesses von Asphaltenen auf der Oberfläche von Magnetit-, Hämatit-, Calcit- und Dolomit-NPs verwendet. Zur Bestimmung des besten Adsorptionsisothermenmodells wurde die Standardabweichung (SD) angewendet. Zum visuellen Vergleich der Modelle wurden außerdem die Antworten der Modelle grafisch dargestellt (Abb. S2–S5). In Tabelle 2 sind die Ergebnisse der Modellparameter und die SD-Werte aufgeführt, die aus den Adsorptionsdaten für die Reaktion der Modelle berechnet wurden. Gemäß den SD-Werten und dem visuellen Vergleich der Modelle stimmen Eisenoxid-NPs, d. h. Magnetit und Hämatit in allen Asphaltenen, mit dem Modell von Freundlich und Temkin überein, das zeigt, dass die Adsorption physikalisch und mehrschichtig auf der Oberfläche dieser NPs erfolgt. Außerdem zeigt die Übereinstimmung dieser Modelle, dass die Oberfläche dieser NPs heterogen ist. Anders als bei Eisenoxid-NPs sind die Reaktionen der Modelle bei Kalk-NPs unterschiedlich. Die Ergebnisse zeigen, dass die Labordaten der Adsorption aller Asphaltene auf den Calcit-NPs mit den Freundlich- und Temkin-Modellen übereinstimmen, die wie die Adsorption von Asphaltenen auf den Eisenoxid-NPs physikalisch und mehrschichtig sind, und der Oberfläche dieser NPs ist auch heterogen. In Bezug auf die Aufnahme von Asphaltenen durch Dolomit-NPs stimmen As-1, As-2 und As-4 mit dem Freundlich-Modell überein, das eine physikalische und mehrschichtige Adsorption im Adsorptionsprozess dieser Asphaltene auf den Dolomit-NPs zeigt, jedoch As-3 steht im Einklang mit dem Langmuir-Modell, das zeigt, dass die Adsorption in einer Monoschicht und in Form einer chemischen Adsorption erfolgt. Darüber hinaus stimmt As-5 mit dem Modell von Temkin und Dubinin-Radushkevich überein. Gemäß dem Parameter E im Dubinin-Radushkevich-Modell gibt E < 8 die Art der physikalischen Adsorption an, und wenn 8 < E < 16, zeigt dies an Adsorption durch Ionenaustausch, und auch wenn E > 16 ist, deutet dies auf eine chemische Adsorption hin, wobei dieser Parameter für As-5 kleiner als 8 ist, was auf die physikalische und mehrschichtige Adsorption dieses Asphaltens auf den Dolomit-NPs hinweist. Basierend auf den Modellen wurde festgestellt, dass die physikalische Adsorption einen wesentlichen Beitrag zum Oberflächenadsorptionsmechanismus von Asphaltenen auf NPs leistet, was auch in der Literatur erwähnt wird16.

Im Folgenden wird eines der wichtigen Merkmale der Langmuir-Isotherme, der dimensionslose Trennungsfaktor (RL), der nach Gl. berechnet wird, erläutert. (8) erwähnt werden. Dieser Faktor leitet sich nicht unbedingt aus der Langmuir-Gleichung ab, kann aber immer darin verwendet werden54. Obwohl betont werden sollte, dass die RL-Ergebnisse für Adsorptionsisothermen, die Langmuir entsprechen, genauer sind, kann uns die Verwendung dieses Faktors einen guten Überblick über das Adsorptionsphänomen geben. Wenn der Wert dieses Parameters größer als 1 ist, zeigt er eine ungünstige Adsorption an, gleich 1 lineare Adsorption, im Bereich von 1 und 0, günstige Adsorption, und gleich 0 zeigt irreversible Adsorption an26. Tabelle 3 zeigt die berechneten Ergebnisse dieses Parameters für alle Asphaltenadsorptionsprozesse auf den NPs in allen Konzentrationen. Die Werte dieses Parameters liegen für alle Modi im Bereich von 0 und 1, was auf die günstige Adsorption von Asphaltenen auf Magnetit-, Hämatit-, Calcit- und Dolomit-NPs hinweist.

In dieser Arbeit wurde die Adsorption von fünf Asphaltenproben unterschiedlicher Herkunft auf der Oberfläche von Calcit-, Dolomit-, Hämatit- und Magnetit-NPs untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass Eisenoxid-NPs (Magnetit und Hämatit) und Kalk-NPs (Kalzit und Dolomit) den gleichen Effekt auf den Adsorptionstrend verschiedener Asphaltene haben. Darüber hinaus waren die wichtigsten Parameter, die die Asphaltenaufnahme durch Eisenoxid- und Kalk-NPs beeinflussen, der Asphaltenstickstoffgehalt und die Aromatizität von Asphalten, die in direktem Zusammenhang mit der Adsorptionsmenge stehen. Die Wirkung dieser beiden Parameter wird auch durch den Relevanzfaktor bestätigt. Außerdem erwies sich die anfängliche Konzentration der Asphalten/Toluol-Lösung als der wichtigste Parameter der Asphaltenadsorption auf den NPs. Andererseits hatten der Sauerstoffgehalt, das H/C-Verhältnis und die durchschnittliche Partikelgröße von Asphaltenen einen umgekehrten Einfluss auf die Adsorption von Asphaltenen auf NPs, wobei die Adsorption mit der Zunahme dieser Parameter abnimmt. Im Wettbewerb der Asphaltenadsorption adsorbierten Eisenoxid-NPs mehr Asphalten als Kalk-NPs, die hinsichtlich der Adsorptionskapazität wie folgt eingestuft werden: Magnetit-NPs > Hämatit-NPs > Calcit-NPs > Dolomit-NPs. In den Dreiphasentests nahm die Menge an Asphaltenadsorption in Eisenoxid- und Kalk-NPs ab, die in Eisenoxid-NPs höher war. Der Grund für diese Abnahme der Adsorption in den Dreiphasentests ist die Konkurrenz von Wasser um die Adsorption von die adsorbierenden aktiven Stellen. Die Ergebnisse der Asphaltenadsorptionsmodellierung zeigten, dass die physikalische Adsorption einen entscheidenden Beitrag zum Oberflächenadsorptionsmechanismus von Asphaltenen auf Magnetit-, Hämatit-, Calcit- und Dolomit-NPs leistet.

Die während der aktuellen Studie verwendeten Datensätze sind im Hauptmanuskript und in der Zusatzdatei verfügbar.

Boussingault, J. Memoiren zur Zusammensetzung von Bitumen. Annalen der Chemie und Physik. 64, 141 (1837).

Google Scholar

Akbarzadeh, K. et al. Asphaltene – problematisch, aber reich an Potenzial. Oilfield Review 19, 22–43 (2007).

CAS Google Scholar

Speight, J. Petroleumasphaltene – Teil 1: Asphaltene, Harze und die Struktur von Erdöl. Öl-Gas-Wissenschaft. Technol. 59, 467–477 (2004).

Artikel CAS Google Scholar

Calemma, V., Iwanski, P., Nali, M., Scotti, R. & Montanari, L. Strukturelle Charakterisierung von Asphaltenen unterschiedlicher Herkunft. Energy Fuels 9, 225–230 (1995).

Artikel CAS Google Scholar

Hemmati-Sarapardeh, A. et al. Einfluss der Asphaltenstruktur auf ihr Aggregationsverhalten in Toluol-normalen Alkan-Mischungen. J. Mol. Struktur. 1220, 128605 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Ansari, S. et al. Zur Bewertung der Asphaltenadsorption auf der Dolomitoberfläche: Die Rolle des Strömungszustands, der Asphaltenzusammensetzung und der Dolomitgröße. Alex. Ing. J. 61, 9411–9425 (2022).

Artikel Google Scholar

Yarranton, HW, Fox, WA & Svrcek, WY Wirkung von Harzen auf die Selbstassoziation und Löslichkeit von Asphalten. Dürfen. J. Chem. Ing. 85, 635–642 (2007).

Artikel CAS Google Scholar

Joonaki, E., Hassanpouryouzband, A., Burgass, R., Hase, A. & Tohidi, B. Auswirkungen von Wachsen und den damit verbundenen Chemikalien auf Asphaltenaggregations- und -ablagerungsphänomene: Experimentelle und Modellstudien. ACS Omega 5, 7124–7134 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Thawer, R., Nicoll, DC & Dick, G. Asphaltenablagerung in Produktionsanlagen. SPE-Prod. Ing. 5, 475–480 (1990).

Artikel CAS Google Scholar

Piro, G., Canonico, LB, Galbariggi, G., Bertero, L. & Carniani, C. Asphaltenadsorption auf Formationsgestein: Ein Ansatz zur Verhinderung von Schäden durch Asphaltenbildung. SPE-Prod. Facil. 11, 156–160 (1996).

Artikel CAS Google Scholar

Nassar, NN, Hassan, A. & Pereira-Almao, P. Metalloxid-Nanopartikel für die Adsorption und Oxidation von Asphalten. Energy Fuels 25, 1017–1023 (2011).

Artikel CAS Google Scholar

Nassar, NN, Hassan, A. & Pereira-Almao, P. Anwendung der Nanotechnologie zur Schwerölaufbereitung: Katalytische Dampfvergasung/Crackung von Asphaltenen. Energy Fuels 25, 1566–1570 (2011).

Artikel CAS Google Scholar

Franco, C., Patiño, E., Benjumea, P., Ruiz, MA & Cortés, FB Kinetisches und thermodynamisches Gleichgewicht der Asphalten-Sorption auf Nanopartikeln aus Nickeloxid auf nanopartikulärem Aluminiumoxid. Kraftstoff 105, 408–414 (2013).

Artikel CAS Google Scholar

Dudášová, D., Simon, S., Hemmingsen, PV & Sjöblom, J. Untersuchung der Adsorption von Asphaltenen auf verschiedenen Mineralien und Tonen: Teil 1. Experimentelle Adsorption mit UV-Depletion-Detektion. Kolloide surfen. Eine Physikochemie. Ing. Asp. 317, 1–9 (2008).

Artikel Google Scholar

Nassar, NN, Hassan, A. & Pereira-Almao, P. Vergleichende Oxidation adsorbierter Asphaltene auf Übergangsmetalloxid-Nanopartikeln. Kolloide surfen. A 384, 145–149 (2011).

Artikel CAS Google Scholar

Madhi, M., Bemani, A., Daryasafar, A. & Khosravi Nikou, MR Experimentelle und Modellstudien zu den Auswirkungen verschiedener Nanopartikel auf die Asphaltenadsorption. Benzin. Wissenschaft. Technol. 35, 242–248 (2017).

Artikel CAS Google Scholar

Bahmaninia, H. et al. Auf dem Weg zum mechanistischen Verständnis der Asphaltenadsorption auf Quarzoberflächen: Die Rolle von Größe, Konzentration und Hydrophobie von Quarz, Asphaltenzusammensetzung, Strömungszustand und wässriger Phase. J. Benzin. Wissenschaft. Ing. 205, 108820 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Gonzalez, V. & Taylor, SE Asphaltenadsorption auf Quarzsand in Gegenwart von voradsorbiertem Wasser. J. Colloid Interface Sci. 480, 137–145 (2016).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Rezvani, H., Kazemzadeh, Y., Sharifi, M., Riazi, M. & Shojaei, S. Ein neuer Einblick in Fe3O4-basierte Nanokomposite zur Adsorption von Asphalten an der Öl/Wasser-Grenzfläche: Eine experimentelle Grenzflächenstudie. J. Benzin. Wissenschaft. Ing. 177, 786–797 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Shayan, NN & Mirzayi, B. Adsorption und Entfernung von Asphalten unter Verwendung synthetisierter Maghemit- und Hämatit-Nanopartikel. Energy Fuels 29, 1397–1406 (2015).

Artikel CAS Google Scholar

Mohammadi, M., Safari, M., Ghasemi, M., Daryasafar, A. & Sedighi, M. Asphaltenadsorption unter Verwendung grüner Nanokomposite: Experimentelle Studie und adaptive Modellierung von Neuro-Fuzzy-Interferenzsystemen. J. Benzin. Wissenschaft. Ing. 177, 1103–1113. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2019.03.003 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Ezeonyeka, NL, Hemmati-Sarapardeh, A. & Husein, MM Adsorption von Asphaltenen auf Metalloxid-Nanopartikeln: Eine kritische Bewertung von Messtechniken. Energy Fuels 32, 2213–2223 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Adams, JJ Asphaltenadsorption, eine Literaturübersicht. Energy Fuels 28, 2831–2856 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Mazloom, MS, Hemmati-Sarapardeh, A., Husein, MM, Behbahani, HS & Zendehboudi, S. Anwendung von Nanopartikeln für die Adsorption und Oxidation von Asphaltenen: Eine kritische Überprüfung der Herausforderungen und jüngsten Fortschritte. Kraftstoff 279, 117763 (2020).

Artikel Google Scholar

Tazikeh, S. et al. Eine systematische und kritische Überprüfung der Asphaltenadsorption vom makroskopischen bis zum mikroskopischen Maßstab: Theoretische, experimentelle, statistische, intelligente und molekulardynamische Simulationsansätze. Kraftstoff 329, 125379 (2022).

Artikel CAS Google Scholar

Mohammadi, M.-R. et al. Experimentelle Messung und Gleichgewichtsmodellierung der Adsorption von Asphaltenen unterschiedlicher Herkunft auf der Magnetitoberfläche unter statischen und dynamischen Bedingungen. ACS Omega 6, 24256–24268 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Strausz, OP, Mojelsky, TW & Lown, EM Die molekulare Struktur von Asphalten: Eine sich entfaltende Geschichte. Kraftstoff 71, 1355–1363 (1992).

Artikel CAS Google Scholar

Ghosh, AK Theoretische und experimentelle Untersuchungen zur Untermauerung der Struktur von aus Kohle gewonnenem Asphalten durch Komplexbildung mit o-Chloranil. Kraftstoff 276, 118067 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Groenzin, H. & Mullins, OC Molekulargröße und Struktur von Asphaltenen aus verschiedenen Quellen. Energy Fuels 14, 677–684 (2000).

Artikel CAS Google Scholar

Wang, J., Buckley, J. & PRRC, NMT-Standardverfahren zur Trennung von Asphaltenen aus Rohölen. (Petroleum Recovery Research Center, 2002).

Dehaghani, AHS & Daneshfar, R. Wie sehr würden Silica-Nanopartikel die Leistung von Wasserfluten mit niedrigem Salzgehalt verbessern? Haustier. Wissenschaft. 16, 591–605 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Chen, D., Ni, S. & Chen, Z. Synthese von Fe3O4-Nanopartikeln durch Nassmahlen von Eisenpulver in einer Planetenkugelmühle. China insbesondere. 5, 357–358 (2007).

Artikel CAS Google Scholar

Evdokimov, IN, Fesan, AA & Losev, AP Asphaltene: Absorber und Streuer bei Wellenlängen im nahen Ultraviolett, im sichtbaren Bereich und im nahen Infrarot. Energy Fuels 31, 3878–3884 (2017).

Artikel CAS Google Scholar

Semple, KM, Cyr, N., Fedorak, PM & Westlake, DW Charakterisierung von Asphaltenen aus Cold Lake-Schweröl: Variationen in der chemischen Struktur und Zusammensetzung mit der Molekülgröße. Dürfen. J. Chem. 68, 1092–1099 (1990).

Artikel CAS Google Scholar

Kecili, R. & Hussain, CM Nanomaterialien in der Chromatographie. 89–115 (Elsevier, 2018).

Foo, KY & Hameed, BH Einblicke in die Modellierung von Adsorptionsisothermensystemen. Chem. Ing. J. 156, 2–10 (2010).

Artikel CAS Google Scholar

Langmuir, I. Die Beschaffenheit und grundlegenden Eigenschaften von Feststoffen und Flüssigkeiten. Teil I. Feststoffe. Marmelade. Chem. Soc. 38, 2221–2295 (1916).

Artikel CAS Google Scholar

Produktkatalog von US Research Nanomaterials, Inc. (https://www.us-nano.com) (2020).

Der Katalog der Produkte der Peshgaman Nano Material Irani Company (NANOSANY CORPORATION). (https://www.nanosany.com) (2013).

Hemmati-Sarapardeh, A., Dabir, B., Ahmadi, M., Mohammadi, AH & Husein, MM Auf dem Weg zum mechanistischen Verständnis des Asphalten-Aggregationsverhaltens in Toluol: Die Rolle der Asphaltenstruktur, Alterungszeit, Temperatur und Ultraschallstrahlung. J. Mol. Liq. 264, 410–424 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Nassar, NN, Hassan, A., Carbognani, L., Lopez-Linares, F. & Pereira-Almao, P. Eisenoxid-Nanopartikel für schnelle Adsorption und verbesserte katalytische Oxidation thermisch gecrackter Asphaltene. Kraftstoff 95, 257–262 (2012).

Artikel CAS Google Scholar

Asemani, M. & Rabbani, AR Detaillierte FTIR-spektroskopische Charakterisierung von aus Erdöl gewonnenen Asphaltenen: Kurvenauflösung überlappender Banden. J. Benzin. Wissenschaft. Ing. 185, 106618 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Asemani, M. & Rabbani, AR Öl-Öl-Korrelation durch FTIR-Spektroskopie von Asphaltenproben. Geosci. J. 20, 273–283 (2016).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Lamontagne, J., Dumas, P., Mouillet, V. & Kister, J. Vergleich verschiedener Alterungstechniken mittels Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR): Anwendung auf Straßenbitumen. Kraftstoff 80, 483–488 (2001).

Artikel CAS Google Scholar

Thommes, M. et al. Physisorption von Gasen, unter besonderer Berücksichtigung der Bewertung der Oberfläche und Porengrößenverteilung (IUPAC-Fachbericht). Reine Appl. Chem. 87, 1051–1069 (2015).

Artikel CAS Google Scholar

González, G. & Moreira, MBC-Entwicklungen in der Erdölwissenschaft. Bd. 40. 207–231 (Elsevier, 1994).

Mohammadi, M.-R. et al. Bewertung der Asphaltenadsorption an Mineralien von Dolomit- und Sandsteinformationen in Zwei- und Dreiphasensystemen. Adv. Geo-Energy Res. 5, 39–52 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Nalwaya, V., Tantayakom, V., Piumsomboon, P. & Fogler, S. Studien zu Asphaltenen durch Analyse polarer Fraktionen. Ind. Eng. Chem. Res. 38, 964–972 (1999).

Artikel CAS Google Scholar

Mohammadi, M.-R. et al. Zur Bewertung der Rohöloxidation während der Thermogravimetrie durch generalisiertes neuronales Regressionsnetzwerk und Genexpressionsprogrammierung: Anwendung auf die thermisch verbesserte Ölförderung. Verbrennen. Theor. Modell. 25, 1268–1295 (2021).

Artikel ADS CAS MATH Google Scholar

Ansari, S. et al. Vorhersage der Wasserstofflöslichkeit in wässrigen Lösungen: Vergleich von Zustandsgleichungen und fortgeschrittenen maschinellen Lern-metaheuristischen Ansätzen. Int. J. Wasserstoffenergie (2022).

Mohammadi, M.-R. et al. Modellierung der Wasserstofflöslichkeit in Alkoholen mithilfe von Modellen des maschinellen Lernens und Zustandsgleichungen. J. Mol. Liq. 346, 117807 (2022).

Artikel CAS Google Scholar

Marczewski, AW & Szymula, M. Adsorption von Asphaltenen aus Toluol auf Mineraloberflächen. Kolloide surfen. A 208, 259–266 (2002).

Artikel CAS Google Scholar

Carbognani, L. Auswirkungen von Eisenverbindungen auf die Retention ölpolarer Kohlenwasserstoffe gegenüber festen Sorptionsmitteln. Haustier. Wissenschaft. Technol. 18, 335–360 (2000).

Artikel CAS Google Scholar

Worch, E. Adsorptionstechnologie in der Wasseraufbereitung (de Gruyter, 2021).

Buchen Sie Google Scholar

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Abteilung für Erdöltechnik, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran

Sajjad Ansari, Mohammad-Reza Mohammadi, Hamid Bahmaninia, Abdolhossein Hemmati-Sarapardeh, Mahin Schaffie, Saeid Norouzi-Apourvari und Mohammad Ranjbar

Staatliches Schlüssellabor für Erdölressourcen und Prospektion, China University of Petroleum (Peking), Peking, 102249, China

Abdolhossein Hemmati-Sarapardeh

Abteilung für Bergbauingenieurwesen, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran

Mohammad Ranjbar

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Ansari, S., Mohammadi, MR., Bahmaninia, H. et al. Experimentelle Messung und Modellierung der Asphalten-Adsorption an Eisenoxid- und Kalk-Nanopartikeln in An- und Abwesenheit von Wasser. Sci Rep 13, 122 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-022-27335-z

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Eingegangen: 29. August 2022

Angenommen: 30. Dezember 2022

Veröffentlicht: 04. Januar 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-27335-z

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