جواد صاین

مایعات یونی دوقلو به‌عنوان دسته جدیدی از مواد فعال سطحی توانایی بالایی در کاهش کشش بین سطحی دارند. از طرفی معلوم شده است که مواد در ابعاد نانومتر می‌توانند باعث بهبود خواص سطحی شوند. بر این اساس، پژوهش حاضر به معرفی استفاده از گونه جدیدی از نانو مایعات یونی دوقلوی فعال سطحی در فرآیند بهبود بازیابی نفت خام می‌‌پردازد. به این منظور، پنج نانو مایع یونی بر پایه ایمیدازولیوم {[Cnim-Cm-imCn][Br2]، 6 ،4 ،2 m = و 12 ،8 ،4 n =}، سنتز و تاثیر غلظت مایع یونی، طول زنجیره فاصل و طول زنجیره آلکیلی در دما و pH های مختلف و همچنین حضور نمک‌‌های NaCl و MgCl2 بر کاهش کشش بین سطحی سیستم نفت خام - آب بررسی شد. به منظور بررسی جامع‌ عملکرد این مواد در مخازن نفتی، تشکیل و پایداری امولسیون نفت خام و محلول آبی مایعات یونی و نیز زاویه تماس و ترشوندگی اندازه‌گیری شدند و در انتها عملکرد این مایعات یونی با مایعات یونی تک زنجیره مشابه مقایسه گردید. با روش‌های SEM، XRD و DLS مشخص شد که مایعات یونی به‌کار رفته چه در حالت خالص و چه محلول در آب، دارای ابعاد نانومتری هستند. نتایج نشان داد که نانو مایعات یونی دوقلو، کشش بین سطحی نفت خام - آب را به شکل چشم‌‌گیری کاهش می‌‌دهند چرا که دو گروه آبدوست و آبگریز، فعالیت سطحی بالایی به این دسته از مایعات یونی می-دهند. به علاوه وجود زنجیره فاصل باعث منظم شدن نحوه قرارگیری مولکول‌‌ مایعات یونی در سطح مشترک و کاهش دافعه بین سرهای باردار آن‌ها و در نتیجه کاهش زیاد کشش بین سطحی می‌‌شود. بررسی تغییر کشش بین سطحی نسبت به طول زنجیره فاصل مشخص کرد که زنجیره چهار کربنی اثرگذارتر بوده و مایع یونی [C4im-C4-imC4][Br2] کشش بین سطحی را تا مقدار mN·m1 41/8 کاهش می‌دهد. همچنین با افزایش طول زنجیره آلکیلی، کشش بین سطحی و غلظت بحرانی تشکیل مایسل کاهش فراوانی یافتند به شکلی که بیشترین درصد کاهش کشش بین سطحی برای نانو مایعات یونی دوقلوی کوتاه زنجیر تنها به میزان 35/72% می‌باشد. در حالی‌‌که میزان کاهش در سیستم محتوی مایعات یونی با زنجیره آلکیلی متوسط و بلند به ترتیب 49/97 و 97/99% است و کشش بین سطحی را به کمتر از mN·m1 210 × 0/1 می‌رساند. در یک مقایسه‌‌ی کلی، روند افزایش جذب و فعالیت سطحی نانو مایعات یونی دوقلو استفاده شده عبارت است از: [C12im-C4-imC12][Br2] < [C8im-C4-imC8][Br2] << [C4im-C4-imC4][Br2] < [C4im-C6-imC4][Br2]< [C4im-C2-imC4][Br2] که ناشی از تغییر خاصیت آبگریزی و نحوه قرارگیری مولکول‌ها جذب سطحی شده در سطح مشترک می‌‌باشد. با افزایش دما، به دلیل کاهش آبپوشی مایعات یونی، کاهش گرانروی فازها و تضعیف نیروهای بین مولکولی سطح مشترک، کشش بین سطحی و غلظت بحرانی تشکیل مایسل کاهش می‌یابند. بیشترین میزان کاهش کشش بین سطحی با دما به میزان 89/55% است. همچنین حضور نمک‌های‌‌ تک‌ظرفیتی و دوظرفیتی اثرات قابل توجه هم‌‌افزایی را ایجاد نمود به طوری که کشش بین سطحی تا 05/93% بیشتر نسبت به حالت بدون نمک کاهش می‌یابد. این امر به دلیل اثر خارج‌زایی نمک و خنثی شدن بار سطحی مایعات یونی است. بررسی تغییرات کشش بین سطحی در pH‌‌ های مختلف نشان‌دهنده پایداری نانو مایعات یونی دوقلو در محدوده وسیعی از pH‌‌ های اسیدی و بازی بوده و با افزایش pH، کشش بین سطحی کاهش بیشتری می‌یابد. با بررسی امولسیون نفت خام - آب مشخص شد که مایعات یونی با زنجیره آلکیلی متوسط و بلند توانایی خوبی در ایجاد امولسیون‌های پایدار دارند. تغییرات زاویه تماس و ترشوندگی سطح سه فاز نفت خام -کوارتز -آب محتوی مایع یونی بلند زنجیر نیز نشان داد که در غلظت‌های نسبتاً کم، مایع یونی باعث افزایش زاویه تماس می‌شود اما با افزایش بیشتر غلظت، جدایش نفت خام از سطح روی می‌دهد. جهت برازش و تحلیل داده‌‌های تجربی از ایزوترم جذب سطحی فرومکین استفاده شد. نتایج نشان داد که ساختار نانو مایعات یونی دوقلو و دما بر کمیت‌‌های جذب سطحی فرومکین اثرگذار هستند. همچنین مقایسه عملکرد مایعات یونی دوقلو با مایعات یونی تک زنجیر مشابه نشان داد که نانو مایعات یونی دوقلو به دلیل فعالیت سطحی بالاتر و نحوه قرارگیری بهتر مولکول‌هایشان‌‌ در سطح مشترک، کشش بین سطحی را به نحو موثرتری کاهش می‌دهند.