Mecanismos de adsorción e interacción de las subfracciones de asfalto en las superficies de sílice

Área de la Ciencia:

• Geoquímica del petróleo
• Ciencias de la superficie
• Ciencia del coloide y la interfaz

Sus antecedentes:

• La adsorción de asfalto en sólidos minerales causa problemas operativos significativos en la industria petrolera, incluidos el ensuciamiento, la escala y el taponamiento.
• Se supone que las subfracciones de asfalto con alta actividad interfacial aceite/agua exhiben capacidades de adsorción superiores en las superficies minerales.

Objetivo del estudio:

• Separar y caracterizar las fracciones de asfalto interfacialmente activas (IAA) y no activas (INAA).
• Investigar el comportamiento de adsorción y las interacciones intermoleculares de los asfaltenos INAA e IAA en las superficies de sílice.
• Aclarar los mecanismos detrás de la adsorción del asfalto y su impacto en los desafíos de la industria petrolera.

Principales métodos:

• Separación de las subfracciones de asfalto en grupos interfacialmente activos (IAA) y no activos (INAA).
• Utilizó el aparato de fuerzas superficiales (SFA), la microscopía de fuerza atómica (AFM) y el microbalance de cristal de cuarzo con disipación (QCM-D).
• La cinética de adsorción medida, el grosor de la capa, la capacidad de adsorción, los coeficientes de difusión y las fuerzas de adhesión en las superficies de sílice.

Principales resultados:

• Los asfaltenos IAA formaron agregados significativamente más grandes y capas adsorbidas más gruesas (∼67 nm) en sílice en comparación con INAA (∼4.1 nm).
• Los asfaltenos IAA exhibieron una capacidad de adsorción sustancialmente mayor (∼150 mg/m2) y coeficientes de difusión (∼10−8 m2/s) que el INAA.
• Se observaron fuertes fuerzas de adhesión para las interacciones IAA-sílice, atribuidas al apilamiento π-π, la unión de hidrógeno y las fuerzas de van der Waals, a diferencia de las interacciones INAA.

Conclusiones:

• Los asfaltenos interfacialmente activos demuestran una capacidad superior de adsorción en superficies de sílice debido a las interacciones intermoleculares mejoradas.
• La tendencia de autoasociación de los asfaltenos IAA contribuye a la formación de capas adsorbidas gruesas, lo que exacerba los problemas de ensuciamiento.
• Esta investigación proporciona información crítica sobre el comportamiento de la subfracción de asfalto, avanzando en la comprensión de los desafíos de la explotación del petróleo crudo.