新型纳米颗粒可防止处理水油混合物的设备中矿物质堆积

在石油开采过程中，管道和设备内部的坚硬矿物堆积会造成严重的操作损坏、管道爆炸等安全问题以及重大的经济损失。然而，目前去除矿物堆积物的方法会对环境造成不利影响。

宾夕法尼亚州立大学的研究人员开发出一种新型纳米颗粒，可以防止结垢并稳定常用的乳液或液体混合物，据该团队称，这可能会使石油开采过程更加高效，对环境的危害更小。这种材料还可用于处理水油乳液的其他设备。

他们的成果发表在《ACS 应用材料与界面》上。该研究成果还登上了该期刊的增刊封面。

“我们的目标是解决双相油水系统中碳酸钙形成(即结垢)的难题，这种难题在许多以水为基础的行业中都有涉及，例如石油和天然气行业，”通讯作者、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 Amir Sheikhi 说。

在石油和天然气、制药、化妆品和食品等许多行业中，水与不混溶相(如无法与水混合的油或有机溶剂)共存，形成两相系统。谢赫伊表示，如果该系统结垢，可能会造成严重的操作和安全隐患，因为它会堵塞管道并损坏设备。

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

为了解决这个问题，Sheikhi 和他的团队首先合成了一种基于纤维素的纳米颗粒，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。

随后，他们开发出一种新型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)，它具有独特的化学和结构特性，不仅可以防止水垢形成，还可以稳定在石油开采过程中常见的油包水乳液，研究人员称。

Sheikhi 表示：“我们的创新之处在于对一种纳米粒子 AmHCNC 进行纳米工程设计，这种粒子可通过 Pickering 机制同时防止结垢并稳定油包水乳液，而这种组合尚未实现。”Pickering 机制是指利用纳米粒子等小固体颗粒来稳定两种不混溶溶剂之间界面的过程。

“这些防垢颗粒是生物基的，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。”

研究人员目前正在寻找合作伙伴，在现实环境中测试他们的技术，例如在提高石油采收率方面，以评估其在更大范围内的性能。他们还计划探索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 说道，他还兼任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的教授。