Multiphase flow displacement application of novel green nanoparticle synthesis in glycerol and reconfigurable nanoemulsions in reservoir-on-a-chip
Gliserol içerisinde yeni yeşil nanoparçacık sentezinin ve yeniden şekillendirilebilir nanoemülsiyonların çip-üstü-rezervuar platformunda çok fazlı akışa uygulanması
- Tez No: 844390
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ BÜLEND ORTAÇ, DR. ÖĞR. ÜYESİ GURKAN YESILOZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Nanoparçacılar (NP), nanoakışkanlar ve su içerisinde yağ (O/W) nano/mikro emülsiyonları, ileri petrol kazanımı (EOR) gibi çok fazlı akış sürülme (akış yer değiştirmesi) uygulamalarındaki potansiyel kullanımları olduğu için yoğun bir şekilde araştırılmıştır. Bununla birlikte, metal nanoparçacıkların ve yağ içinde su nanoemülsiyonlarının (W/O) potansiyeli, altta yatan mekanizmaların yeterince incelenmemesi nedeniyle tam olarak açığa çıkarılmamıştır. Dahası, çoğu nanoakışkan rezervuarlarda toksisite riski oluşturur ve geleneksel olarak sentezlenen nanoakışkanların yüksek polidispersite indeksi, yer değiştirme verimliliğini olumsuz etkiler. Bu calısmada, akış sürülme verimliliklerinin etkisini araştırmak icin ultra-küçük gümüş nanopartiküllerden (NP'ler) olusan yeni nesil bir yesil nanoakışkan ve yeniden şekillendirilebilir nanoemulsiyonları iceren iki enjeksiyon sıvısı sentezlendi. Gümüş NP'lerin sentezi, özel tasarlanmış bir mikroakışkan (MF) çip içinde, 18 omega şekilli mikro-mikser kullanılarak gerçekleştirildi. Bu sentezde, umut vadeden yeşil çözgen ve çeşitli konsantrasyonlarda (10-80 %) indirgeyici madde olarak gliserol kullanıldı ve aynı anda toplu sentezden elde edilen sonuçların karşılaştırılması yapıldı. İlginç bir şekilde, deney bulguları, farklı parametreleri değiştirerek, küresel gümüş nanoparçacıklarının ortalama çapının <2 nm olduğunu gösterdi; bu durum tüm gliserol konsantrasyonlarında (%10-80) ve değişkenlerde gözlemlendi ve geleneksel sentezle karşılaştırıldığında (10 kat daha büyük parçacıklar veren) ultra-küçük nanoparçacıklar elde edildi. Sentez daha sonra Dinamik Işık Saçılması (DLS), UV-görünür spektroskopisi ve Geçirimli Elektron Mikroskobu (TEM) ile doğrulandı. Ardından, yer değiştirme verimlilikleri, gerçek zamanlı görselleştirme, nicelendirme ve gözenek ölçeğinde araştırma için floresans ile doldurulmuş bir çip platformunda (rezervuar üzerinde) incelendi. Nanoakışkan için ölçüm verileri, viskozitenin ve NP'lerin boyutunun artması ile ıslanabilirlik değişikliği ve IFT azalmasını ortaya çıkardı. IFT'nin sürükleme verimlilikleri üzerinde belirgin bir etkisi gözlemlenmedi, ancak enjeksiyon sıvılarının temas açısı, 2 dakika içinde bir yağlı-ıslanabilir durumdan (101°-113°) orta derecede ıslanabilir bir duruma (90°-97°) kaydı. Kısa bir süre içinde orta derecede ıslanabilirliğe doğru bir kayma, AgNPs'nin yapısal ayırma basıncı ile yağ gangliyonlarını yerinden etme etkisini gösterdi. Kritik bir gliserol viskozitesinin (30 %) mikroakışkanlarda sentezlenen nanosıvıda (%1.7 nm) sürülme verimini %5 artırmak için ve masaüstü sentezlenen nanosıvıda (3.3 nm) %8 artırmak için önemli olduğu gözlemlendi. Son olarak, bu tez çalışması kapsamında, SiO2 ve Poli[dimetilsiloksan-ko-(3-aminopropil)metilsiloksan] kopolimer arasındaki NP-sürfaktan birimleri, yeniden şekillendirebilir nanoemülsiyonların sentezi için araştırıldı. Buckling olayı pH 5 ile 6 arasında doğrulandı ve nanoemülsiyonlar, pH 3, 5, 6 ve 8'de (pH 3 ve 8 kontrol grupları olarak alındı) 3 farklı Yağ: NP konsantrasyonu olan, yani 80:20, 70:30 ve 60:40 oranlarında sentezlendi. Sürülme verimliliği, sırasıyla 60:40 < 70:30 < 80:20, olarak giderek arttı; en yüksek sürülme verimliliği, 80:20 nanoemülsiyonlarının pH 5, pH 6 ve pH 5 durumlarında sırasıyla elde edildi.
Özet (Çeviri)
Nanofluids and oil in water (O/W) nano/micro emulsions have been extensively investigated for their potential in multiphase displacement applications such as enhanced oil recovery (EOR). However, the potential of metal nanofluids and water-in-oil nanoemulsions (W/O) has not been readily studied and the under lying mechanisms are yet to be investigated. Moreover, most nanofluids pose toxicity risks to reservoirs, and a high polydispersity index of conventionally syn thesized nanofluids adversely impacts displacement efficiencies. Hence, in this study, we synthesized two injection fluids including, a novel green nanofluid com prising of ultra-small silver nanoparticles (NPs) in glycerol and reconfigurable nanoemulsions to investigate their impact on displacement efficiencies. We have carried out the synthesis of green nanofluid comprising silver NPs in a customized microfluidic (Mf) chip, with 18 omega-shaped micromixers, by using glycerol as a promising green solvent and reducing agent at various concentrations (10-80 %), and simultaneous comparison of the results from batch synthesis. Interest ingly, the experimental findings depicted that by varying different parameters, the spherical silver nanoparticles with an average ultra-small particle diameter of < 2nm were obtained at all glycerol concentrations (10-80 %) and variables, as compared to batch synthesis (giving a yield of 10-fold larger particles). The synthesis was then confirmed by Dynamic Light scattering (DLS), UV-visible spectroscopy, and Tunnelling Electron Microscope (TEM). Subsequently, the dis placement efficiencies were then investigated in a reservoir-on-a-chip platform (filled with fluorescence-doped oil) for real-time visualization, quantification and pore-scale investigation. The measurement data for green nanofluid revealed the wettability alteration and IFT reduction with the increase in viscosity and size of NPs. No significant effect of the IFT on sweep efficiencies was observed, however, the contact angle of the injection fluids shifted from an oil-wet state (101◦ -113◦ ) towards an intermediate wettability state (90◦ -97◦ ) over 2 minutes. A shift to wards intermediate wettability in a short time indicated the influence of AgNPs in displacing oil ganglia by structural disjoining pressure. It was reported that a critical glycerol viscosity (30 %) was essential to increase the sweep efficiency by 5 % in microfluidics-synthesized nanofluid (1.7 nm) and by 8 % in benchtop syn thesized nanofluid (3.3 nm). Finally, the NPs-surfactant assemblies between SiO2 and Poly[dimethylsiloxane-co-(3-aminopropyl)methylsiloxane] copolymer were in vestigated for the synthesis of reconfigurable nanoemulsions. The buckling phe nomena was confirmed between pH 5 and 6 and nanoemulsions were synthesized with 3 different Oil: NPs concentrations i.e., 80:20, 70:30 and 60:40 at pH 3, 5, 6, and 8 (pH 3 and 8 taken as control groups). The sweep efficiency gradually increased in the order of 60:40 < 70:30 < 80:20, with the highest sweep efficiency obtained in the case of 80:20 nanoemulsions at pH 5, pH 6 and pH 5 in case of 70:30 nanoemulsions respectively, due to the displacement of oil because of formation of wedge film and in-situ emulsification.
Benzer Tezler
- Constitutive and numerical modeling of hydro-mechanically coupled behavior of unsaturated soils
Doygun olmayan zeminlerin hidro-mekanik bağlaşık davranışının bünyesel ve sayısal modellenmesi
MUSTAFA MERT EYÜPGİLLER
Doktora
İngilizce
2025
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET BARIŞ CAN ÜLKER
- Numerical simulation of single and multiphase flows using incompressible smoothed particle hydrodynamics
Başlık çevirisi yok
AMIR ZAINALI
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Makine MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MEHMET YİLDİZ
- Zorlanmış salınımlı dikey akışta gözenekli ortamın ısı geçişine etkisinin deneysel incelenmesi
Experimental investigations on the effect of porous media on heat transfer from vertical forced oscillated fluid flow
ESRA KEŞAF
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
ÖĞR. GÖR. ERSİN SAYAR
- Hydrodynamic performance prediction of a planing hull using an equivalent screw propeller methodology
Eşdeğer pervane yöntemi kullanılarak kayıcı bir teknenin hidrodinamik performans tahmini
BERKAY BAŞARINTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi ve Deniz Teknolojisi Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER KEMAL KINACI
- Yeni bir fakoemülsifikasyon cihazı tasarımı ve uygulaması
Design and application of a new phacoemulsification device
HÜSEYİN HALICI
Doktora
Türkçe
2004
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İNCİ ÇİLESİZ
PROF. DR. MUSTAFA ELÇİOĞLU