توصيفگر ها :
رسوب آسفالتين , نانوذره سيليكا فيبري دندريتي (DFNS) , جذب , ايزوترم فروندليچ , سينتيك الوويچ
چكيده فارسي :
رسوب آسفالتين يكي از چالشهاي جدي در فرآيند استخراج و پالايش نفت خام محسوب ميشود كه ميتواند به افت كارايي چاههاي نفتي و كاهش عملكرد تجهيزات پالايشگاهي منجر شود .اين پديده كه ناشي از ناپايداري تركيبات سنگين موجود در نفت است، در سالهاي اخير توجه بسياري از محققان را به يافتن راهكارهاي موثر براي جلوگيري يا كنترل آن جلب كرده است. در اين راستا، استفاده از فناوري نانو بهويژه نانومواد جاذب بهعنوان راهكاري نوين و كارآمد مطرح شده است. در مطالعه حاضر، عملكرد نانوذرات سيليكا فيبري دندريتي (DFNS) در جذب آسفالتين از محلول نفتي مورد بررسي قرار گرفت. نانوذره DFNS بهروش همرسوبي و با بهرهگيري از موادي نظير تترااتيلاورتوسيليكات (TEOS)، ستيلتريمتيلآمونيوم بروميد (CTAB)، اوره، سيكلوهگزان و پنتانول سنتز شد. فرآيند استخراج آسفالتين بر اساس استاندارد بينالمللي ASTM D6560 انجام گرفت. طراحي آزمايشها با استفاده از روش سطح پاسخ (RSM) و با طرح مركب مركزي (CCD) در نرمافزار Design Expert صورت گرفت. در اين طراحي، متغيرهايي چون غلظت اوليه آسفالتين، ميزان جاذب و دماي محلول مورد بررسي قرار گرفتند تا شرايط بهينه براي حداكثر ظرفيت جذب تعيين شود. براي انجام آزمايشها، نفت مدل ساختگي (تركيب آسفالتين و تولوئن) تهيه شد و نمونهها پس از تماس با جاذب، سانتريفيوژ و رقيق سازي شده و با استفاده از طيفسنج UV-Vis ميزان باقيمانده آسفالتين اندازهگيري شد. نتايج مدلهاي ايزوترم جذب نشان داد كه در اين مطالعه فرآيند جذب غالبا شيميايي بوده و انطباق بهتر دادهها با مدل فروندليچ نشان دهنده جذب روي سطح ناهمگن و چند لايه است. در بررسي دادههاي سينتيكي، زمان تعادل فرآيند جذب بعد از 45 دقيقه تعيين شد و مدل الوويچ بهترين تطابق را با داده ها داشت. تحليل ترموديناميكي نيز مويد آن بود كه جذب آسفالتين بر سطح DFNS يك فرآيند خودبهخودي و گرمازا محسوب ميشود؛ همچنين، مقدار مثبت تغيير آنتروپي نشاندهنده افزايش بينظمي در سطح جاذب DFNS است. مقايسه عملكرد DFNS با نانوذره سيليكا در شرايط بهينه بهدستآمده از طراحي آزمايش شامل غلظت آسفالتين 1700 ميليگرم بر ليتر، مقدار جاذب 52/0 درصد وزني و دماي 5/32 درجه سانتيگراد، نشان داد كهDFNS با ظرفيت جذب 240 ميليگرم بر گرم، عملكرد بهمراتب بهتري نسبت به سيليكا با ظرفيت 128 ميليگرم بر گرم دارد. اين بهبود عملكرد را ميتوان به سطح ويژه بالاتر، ساختار فيبري شعاعي، و حفرات بازتر در ساختار DFNS نسبت داد كه امكان تماس موثرتر آسفالتين با سطح جاذب را فراهم ميسازد. در مجموع، نتايج اين تحقيق نشان ميدهد كه نانوذره DFNS بهعنوان يك جاذب نوين و موثر، پتانسيل بالايي براي استفاده در جذب آسفالتين از نفت خام داشته و ميتواند گزينه مناسبي براي بهكارگيري در مقياس صنعتي در آينده باشد.
چكيده انگليسي :
Asphaltene deposition is one of the major challenges in crude oil extraction and refining, as it can reduce the efficiency of oil wells and impair the performance of refinery equipment. This phenomenon, which results from the instability of heavy compounds present in crude oil, has attracted significant research attention in recent years with efforts focused on identifying effective methods for its prevention or control. In this regard, nanotechnology particularly the use of nanoadsorbents has emerged as a novel and efficient solution. In the present study, the performance of dendritic fibrous nanosilica (DFNS) nanoparticles in the adsorption of asphaltene from an oil-based solution was investigated. DFNS nanoparticles were synthesized using a coprecipitation method involving precursors such as tetraethyl orthosilicate (TEOS), cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), urea, cyclohexane, and pentanol. Asphaltene extraction was carried out in accordance with the international ASTM D6560 standard. The experimental design was carried out using the response surface methodology (RSM) with a central composite design (CCD) in the Design Expert software. Variables such as initial asphaltene concentration, adsorbent dosage, and solution temperature were evaluated to determine optimal conditions for maximum adsorption capacity. A model oil solution (a mixture of asphaltene and toluene) was prepared for the experiments. After contacting the adsorbent, the samples were centrifuged and diluted, and the residual asphaltene content was measured using UV-Vis spectrophotometry. Isotherm model results indicated that the adsorption process in this study was predominantly chemical in nature, and better conformity with the Freundlich model suggested multilayer adsorption on a heterogeneous surface. Kinetic data analysis determined the equilibrium time to be 45 minutes, and the Elovich model best matched the data, suggesting that chemical interactions play a dominant role in the adsorption process. Thermodynamic analysis confirmed that the adsorption of asphaltene on the DFNS surface is a spontaneous and exothermic process; additionally, the positive entropy change indicates increased disorder at the DFNS surface. A performance comparison between DFNS and conventional silica nanoparticles under optimized conditions (asphaltene concentration of 1700 mg/L, adsorbent dosage of 0.52 wt%, and temperature of 32.5°C) showed that DFNS, with an adsorption capacity of 240 mg/g, significantly outperformed silica with a capacity of 128 mg/g. This improvement is attributed to the higher specific surface area, radial fibrous structure, and more open pores of DFNS, which facilitate more effective contact between asphaltene molecules and the adsorbent surface. Overall, the results of this study demonstrate that DFNS nanoparticles, as a novel and efficient adsorbent, have high potential for use in asphaltene removal from crude oil and could be a promising candidate for industrial-scale applications in the future.