Une nouvelle nanoparticule empêche l’accumulation de minéraux dans les équipements manipulant des mélanges eau-huile

Lors du processus d’extraction du pétrole, l’accumulation de minéraux durs à l’intérieur des tuyaux et des équipements peut entraîner de graves dommages opérationnels, des problèmes de sécurité tels que l’explosion des tuyaux et des pertes économiques importantes. Les méthodes actuelles de détartrage des dépôts minéraux peuvent toutefois avoir un impact négatif sur l’environnement.

Des chercheurs de l’université Penn State ont mis au point une nouvelle nanoparticule capable d’empêcher l’entartrage et de stabiliser une émulsion ou un mélange liquide couramment utilisé, ce qui pourrait rendre les processus d’extraction de pétrole plus efficaces et moins nocifs pour l’environnement, selon l’équipe. Le matériau peut également être utilisé dans d’autres équipements manipulant des émulsions eau-huile.

Leurs résultats étaient publié dans ACS Matériaux appliqués et interfaces. Le travail a également été présenté dans le supplément de la revue couverture.

« Nous avons cherché à relever le défi de la formation de carbonate de calcium, connu sous le nom d’entartrage, dans les systèmes biphasiques huile-eau, auquel sont confrontées de nombreuses industries basées sur l’eau, telles que les secteurs du pétrole et du gaz », a déclaré l’auteur correspondant Amir Sheikhi, professeur associé de génie chimique et titulaire de la chaire Dorothy Foehr Huck et J. Lloyd Huck en début de carrière en biomatériaux et ingénierie régénérative.

Dans de nombreux secteurs, comme le pétrole et le gaz, les produits pharmaceutiques, les cosmétiques et l’alimentation, l’eau coexiste avec une phase non miscible, comme une huile ou un solvant organique incapable de se mélanger à l’eau, ce qui crée un système à deux phases. Si ce système subit un entartrage, il peut entraîner de graves risques opérationnels et de sécurité, selon Sheikhi, car il bloque les canalisations et détruit les équipements.

« Les solutions antitartre actuelles ont soit des impacts environnementaux négatifs, soit se limitent à fonctionner uniquement dans des milieux aqueux monophasés », a déclaré Sheikhi.

Pour résoudre ce problème, Sheikhi et son équipe ont d’abord synthétisé une nanoparticule à base de cellulose, appelée nanocristaux de cellulose velus anioniques (AHCNC), capable d’empêcher la formation de tartre mais incapable de stabiliser les émulsions eau dans huile.

Ils ont ensuite développé un nouveau type de nanoparticule multifonctionnelle d’origine biologique, appelée nanocristaux de cellulose velue amphiphile (AmHCNC), avec des propriétés chimiques et structurelles uniques qui non seulement empêchent la formation de tartre mais stabilisent également les émulsions eau dans huile, qui sont courantes dans les processus d’extraction de pétrole, selon les chercheurs.

« Notre innovation réside dans la nano-ingénierie d’un type de nanoparticule, l’AmHCNC, qui empêche simultanément l’entartrage et stabilise les émulsions eau dans huile grâce au mécanisme de Pickering, une combinaison qui n’a jamais été obtenue », a déclaré Sheikhi. Le mécanisme de Pickering fait référence à un processus qui stabilise l’interface entre deux solvants non miscibles avec de petites particules solides, telles que les nanoparticules.

« Ces particules antitartre sont d’origine biologique, respectueuses de l’environnement et rentables, offrant une solution durable au problème industriel de longue date du tartre. »

Les chercheurs recherchent désormais des partenaires pour tester leur technologie dans des conditions réelles, par exemple dans le domaine de la récupération assistée du pétrole, afin d’évaluer ses performances à plus grande échelle. Ils prévoient également d’explorer des applications potentielles dans d’autres secteurs, comme les cosmétiques et l’alimentation.

« Cette technologie peut offrir de nouvelles opportunités pour des pratiques industrielles durables et plus sûres », a déclaré Sheikhi, qui a également un poste de courtoisie au Département d’ingénierie biomédicale du Collège d’ingénierie, au Département de chimie du Collège des sciences d’Eberly et au Département de neurochirurgie du Collège de médecine.