新型纳米粒子可防止处理水油混合物的设备中矿物质积聚

在石油开采过程中，管道和设备内的硬矿物堆积会造成严重的操作损坏、管道爆炸等安全问题和重大经济损失。然而，目前清除矿物质积聚的方法可能会对环境产生不利影响

宾夕法尼亚州立大学的研究人员开发了一种新的纳米粒子，可以防止结垢并稳定常用的乳液或液体混合物，可能使石油开采过程更高效，对环境的危害更小，据该团队称。该材料也可用于处理水-油乳液的其他设备

他们的研究结果发表在《ACS应用材料与界面》上。这项工作也出现在该杂志的补充封面上

通讯作者Amir Sheikhi，化学工程副教授，Dorothy Foehr Huck和J.Lloyd Huck生物材料和再生工程早期职业主席说：“我们的目标是解决两相油水系统中碳酸钙形成的挑战，即结垢，这在许多水基行业，如石油和天然气、制药、化妆品和食品中都有涉及。”

在许多行业，如油或无法与水混合的有机溶剂，水与不混溶相共存，形成两相系统。Sheikhi表示，如果该系统发生结垢，可能会造成严重的操作和安全隐患，因为它会堵塞管道并破坏设备

Sheikhi说：“目前的防垢解决方案要么对环境产生不利影响，要么仅限于在单相水介质中工作。”

为了解决这个问题，Sheikhi和他的团队首先合成了一种纤维素基纳米粒子，称为阴离子毛状纤维素纳米晶体（AHCNC），它能够防止水垢形成，但无法稳定油包水乳液

研究人员表示，他们随后开发了一种新型的多功能生物基纳米粒子，称为两亲性毛状纤维素纳米晶体（AmHCNC），具有独特的化学和结构特性，不仅可以防止水垢形成，还可以稳定油包水乳液，这在石油开采过程中很常见

Sheikhi说：“我们的创新在于一种纳米颗粒的纳米工程——AmHCNC——它通过Pickering机制同时防止结垢并稳定油包水乳液——这是一种尚未实现的组合。”。皮克林机制是指用小固体颗粒（如纳米粒子）稳定两种不混溶溶剂之间界面的过程

“这些防垢颗粒是基于生物的，对环境安全且具有成本效益，为长期存在的工业结垢问题提供了可持续的解决方案。”

研究人员现在正在寻找合作伙伴，在现实环境中测试他们的技术，例如在强化采油中，以更大规模地评估其性能。他们还计划探索在化妆品和食品等其他行业的潜在应用

“这项技术可能为可持续和更安全的工业实践提供新的机会，”Sheikhi说，他还与工程学院生物医学工程系、埃伯利科学学院化学系和医学院神经外科系进行了礼节性预约 More information: Roya Koshani et al, Antiscaling Pickering Emulsions Enabled by Amphiphilic Hairy Cellulose Nanocrystals, ACS Applied Materials & Interfaces (2024). DOI: 10.1021/acsami.4c03451

Journal information: ACS Applied Materials and Interfaces