Физики ТюмГУ, НГУ и ТИУ представили методику для изучения поведения наночастиц при движении в потоке несущей жидкости. На основе этой методики они предложили механизм, объясняющий снижение вязкости нефти при малых концентрациях наночастиц и открывающий новые возможности для коммерческого использования графена в нефтяной и энергетической промышленности.
Наночастицы графена помогут уменьшить вязкость нефти / ©Getty images
Термин «наножидкости» появился в 1995 году, хотя впервые они были созданы в 1993 году. Но интерес к этим многофазным системам сохраняется и по сей день. Дело в том, что наножидкости представляют собой коллоидные системы, состоящие из наночастиц размером от одного до 100 нанометров. Эти многофазные системы характеризуются разнообразием свойств.
На конечные свойства влияют форма, размер, структура и химический состав поверхности наночастиц. Это позволяет получить выгодные и гибкие тепловые, оптические, механические и электрические характеристики наночастиц. И, конечно же, немалую роль в популярности наночастиц сыграла относительная легкость их синтеза.
Сегодня из большого разнообразия наножидкостей в отдельный класс выделены наножидкости семейства графенов. Поскольку графен обладает рядом уникальных свойств (высокая тепло- и электропроводность и так далее), эти наножидкости особенно перспективны. И уже достигнут большой прогресс в использовании графеновых наножидкостей для повышения нефтеотдачи. Статья «Механизм снижения вязкости нефти при добавлении наночастиц графена» физиков Тюменского и Новосибирского госуниверситетов, Тюменского индустриального университета вышла в «Журнале молекулярных жидкостей».
Появление структурированной нефти приводит к увеличению гидросопротивления, что снижает нефтеотдачу и увеличивает обводненность добывающих скважин. Эти процессы во многом определяют вязкость нефти. Поскольку наночастицы графена при взаимодействии с углеводородом проникают в нефть, превращая ее в наножидкость, выявление механизмов влияния частиц на вязкость нефти – ключ к решению вышеуказанных проблем.
Сегодня происходит накопление экспериментального и теоретического материала, в которых выявлены новые физические свойства жидкостей с добавлением наночастиц графена. Результаты исследований противоречивы.
В работе ученых ТюмГУ наблюдали за структурированием наночастиц в потоке движущейся жидкости по авторской методике на специально разработанной установке. Специалисты провели комплексное исследование молекулярного взаимодействия между графеном и углеводородными молекулами нефти с целью установления механизмов, влияющих на вязкость наножидкостей.
Ученые рассматривали, как меняются свойства нефти в зависимости от уровня содержания в ней наночастиц графена. При их низких концентрациях наблюдалось снижение динамической вязкости базовой жидкости на 10-17 процентов. Показано также, что на вязкость влияет не только концентрация, но и температура.
В статье представлена методика и описана экспериментальная установка для изучения поведения наночастиц при движении в потоке несущей жидкости. На основе этой методики предлагается механизм, объясняющий снижение вязкости нефти при малых концентрациях наночастиц и открывающий новые возможности для коммерческого использования графена в нефтяной и энергетической промышленности.
