CRUDE OIL-IN-WATER NANOEMULSIONS STABILIZED BY BIOSURFACTANT: STABILITY, RHEOLOGICAL, INTERFACIAL TENSION, ZETA POTENTIAL, AND SIZE MEASUREMENTS STUDIES

CRUDE OIL-IN-WATER NANOEMULSIONS STABILIZED BY BIOSURFACTANT: STABILITY, RHEOLOGICAL, INTERFACIAL TENSION, ZETA POTENTIAL, AND SIZE MEASUREMENTS STUDIES. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
Alsakkaf MS Thesis Corrected (Final Version).pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 11 August 2022.

Download (4MB)

Arabic Abstract

تم اقتراح إستخدام غمر مستحلب النانو كطريقة للإستخراج المحسَّن للنفط (EOR) خاصةً وأنها تعتبر طريقة واعدة. وعلى الرغم من ذلك فإن التطبيق الناجح لغمر مستحلب النانو يتطلب إنتاج مستحلبات بخصائص ممتازة وذات جودة مثالية، حيث أنه يستوجب تكوين المستحلبات النانوية بإستخدام خافض للتوتر السطحي الحيوي مثل المؤثرات السطحية الحيوية التي لا تؤثر سلبًا على البيئة طوال فترة إستخدامها. ولذلك تم تحضير مستحلبات نانو النفط الخام في المياه (O/W) ذات الخصائص الإستثنائية في هذه الدراسة- بإستخدام rhamnolipid (مؤثر سطحي حيوي) كمستحلب حيوي. يتركز العمل في هذا البحث على عدد من المتغيرات الرئيسية، هي :تركيز المؤثر السطحي، كمية الزيت، تركيز الملح ودرجة الحموضة المائية. فيما كشفت النتائج التي تم الحصول عليها, أن Rhamnolipid يمكن أن ينتج مستحلبات نانوية O/W بمتوسط حجم قطيرة يصل إلى 35 نانومتر عند إستخدام نفط خام بتركيز 5% . تحتوي المستحلبات النانوية أيضًا على جهد زيتا سلبي للغاية بقيمة مطلقة أكبر من 30 ملي فولت ، ومن الممكن ان يؤدي ذلك الي تقليل التوتر السطحي لطبقة الزيت مع الماء ، كما أنها تتمتع بثبات طويل المدى. ومن المثير للإهتمام ، أن جميع المستحلبات النانوية المركبة من O/W تقريبًا باستخدام جرعات Rhamnolipid كانت ثابثة للغاية. بالنسبة لكميات الزيت المختلفة أظهرت ثلاثة سلوكيات مختلفة للجريان . بالإضافة إلى ماسبق؛ فإن مستحلب النانو المصنوع باستخدام كمية نفط خام / ماء بنسبة 50/50 أظهر لزوجة واضحة أعلى من النفط الخام عند درجات حرارة مرتفعة (> 63 درجة مئوية). علاوة على ذلك جميع المستحلبات النانوية كانت مستقرة للغاية، ويمكن فصلها بسهولة وبشكل كامل وسريع (في غضون أقل من ساعة واحدة) إذا لزم الأمر عن طريق تغير الرقم الهيدروجيني. يُظهر Rhamnolipidمستقبلاً واعدًا لاستبدال بعض المؤثرات السطحية الكيميائية المستخدمة لتطبيقات الإستخراج المحسَّن للنفط. (EOR)

English Abstract

Nanoemulsion flooding has been proposed as a promising technique for enhanced oil recovery (EOR). However, the successful application of nanoemulsion flooding would require the formulation of emulsions with excellent characteristics. Ideally, the nanoemulsions should be stabilized using bioemulsifier such as biosurfactants which do not negatively impact the environment throughout their cradle-to-grave lifetime. Thus, crude oil-in-water (O/W) nanoemulsions were prepared in this study using rhamnolipid biosurfactant as a bioemulsifier. The bioemulsifiers were studied in terms of emulsion rheology, droplet size, zeta potential, interfacial tension of the O/W emulsions against diesel, long-term kinetic stability, and the possibility of breaking (i.e., demulsifying) the nanoemulsions via a simple pH-switch process. The above characteristics of the formulated nanoemulsions were obtained and compared at different (bio)surfactant concentrations, oil content, salt concentration, and pH of the aqueous phase. The obtained results reveal that rhamnolipid can produce O/W nanoemulsions with an average droplet size as low as 35 nm when 5 vol. % crude oil content was used. The nanoemulsions have highly negative zeta potential with an absolute value above 30 mV for all formed emulsions, can reduce O/W interfacial tension, and have extremely long-term kinetic stability. Interestingly, almost all the formulated O/W nanoemulsions using different rhamnolipid dosages and oil/water ratios showed three different flow behaviors (i.e., shear-thinning at low, Newtonian at medium, and shear-thickening at high shear rates). Additionally, the rhamnolipid nanoemulsion formulated using 50/50 crude oil/water volumetric ratio displayed higher apparent viscosities than the crude oil at elevated temperatures (> 63 ⁰C). Furthermore, despite all the formulated nanoemulsions being extremely stable, they can be easily, completely, and quickly (within ≤ 1 h) switched-off if needed via pH-switching. Rhamnolipid shows a grate promising to replace some of the used chemical surfactants. The results presented herein demonstrate the potential of biosurfactants for EOR applications.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Chemical Engineering
Department: College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor: Onaizi, Sagheer
Committee Members: Abussaud, Basim and Mahmoud, Mohamed
Depositing User: MOHAMMED AL SAKKAF (g201374730)
Date Deposited: 18 Aug 2021 07:38
Last Modified: 18 Aug 2021 07:38
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141934