Управляемые наночастицы получили из побочных продуктов нефтедобычи

Одним из наиболее трудоемких для переработки тяжелых компонентов нефти считаются асфальтены. Из-за сложного состава их промышленное применение остается ограниченным. Большая часть этих веществ считается трудноперерабатываемой и, как правило, складируется или сжигается. Лишь некоторое количество асфальтенов используется в производстве битума или нефтегазовых технологиях. 

По словам директора Института естественных и технических наук СурГУ, руководителя стратегического технологического проекта «Химия нефти» Юлии Петровой, есть и другая точка зрения: смесь относительно тяжелых органических веществ можно рассматривать как источник сырья для создания полезных углеродных материалов. Например, из асфальтенов можно получать наночастицы для повышения нефтедобычи – наночастицы могут быть перспективны для разработки водных технологических дисперсий, востребованных в нефтегазовых технологиях, где важно управлять поведением частиц в жидкости.

«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 Юлия Петрова, добавив, что самый простой пример ПАВ – обычное хозяйственное мыло.

Исследователи СурГУ совместно с коллегами из Томского политехнического университета и Сколковского института науки и технологий определили, какие поверхностно-активные вещества позволяют повысить устойчивость углеродных наночастиц. В работе рассматривались частицы, полученные при переработке тяжелой нефтяной фракции, а также материалы на основе оксида титана и оксида алюминия.

«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 Научно-образовательного центра Института естественных и технических наук СурГУ Дмитрий Зеленцов.

В ходе лабораторных экспериментов 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, добавил ученый.

Следующим этапом работы станет изучение стабильности системы «углеродные наночастицы – ПАВ – вода» в условиях, приближенных к реальным. В частности, исследователи намерены испытать ее в высокоминерализованных растворах и модельных нефтяных системах.

Работа выполнена при поддержке Фонда научно-технологического развития Ханты-Мансийского автономного округа – Югры. Развитие направления продолжается в рамках стратегического технологического проекта СурГУ «Химия нефти» федеральной программы «Приоритет-2030» национального проекта «Молодежь и дети». Результаты представлены в Journal of Molecular Liquids.