การจำลองพลวัตเชิงโมเลกุลของการดูดซับสารลดแรงตึงผิวโซเดียมไดออกทิลซัลโฟซักซิเนต

Abstract

การอัดสารลดแรงตึงผิว (surfactant flood) เป็นวิธีที่นิยมใช้กันทั่วไปในการเพิ่มปริมาณการผลิตน้ำมันดิบ โดยสารลดแรงตึงผิวจะช่วยลดแรงเกาะหรือแรงตึงผิว (surfactant tension) ระหว่างน้ำมันกับน้ำ รวมทั้งเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติความเปียก (wettability) ของหินกักเก็บทำให้สามารถผลิตน้ำมันในปริมาณที่มากขึ้น ทั้งนี้ปัญหาที่สำคัญของวิธีนี้คือสารลดแรงตึงผิวจะดูดซับบนพื้นผิวของชั้นหินเนื่องจากแรงดึงดูดระหว่างส่วนหัวที่มีขั้วของสารลดแรงตึงผิวกับพื้นผิวหิน ทำให้เกิดความไม่มีประสิทธิภาพในเชิงเศรษฐศาสตร์ ปัจจุบันมีการพัฒนาเทคนิคและเทคโนโลยีต่าง ๆ เพื่อลดการดูดซับสารลดแรงตึงผิวบนพื้นผิวหิน เช่น การใช้อนุภาคนาโนคาร์บอนเป็นตัวนำพาสารลดแรงตึงผิวไปยังแหล่งน้ำมัน ส่วนที่ไม่มีขั้วของสารลดแรงตึงผิวจะดูดซับบนอนุภาคนาโนคาร์บอนด้วยแรงไฮโดรโฟบิก (hydrophobic interaction) งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาพฤติกรรมการดูดซับของสารลดแรงตึงผิวโซเดียมไดออกทิลซัลโฟซักซิเนต (sodium dioctyl sulfosuccinate หรือ Aerosol OT, AOT) บนท่อนาโนคาร์บอน (carbon nanotube) โดยใช้วิธีการจำลองพลวัตเชิงโมเลกุล (Molecular Dynamics, MD) โดยศึกษาท่อนาโนคาร์บอนขนาด (6,6), (12,12) และ (20,20) ที่ค่าการปกคลุมพื้นผิวต่ำและสูง ผลการจำลองพบว่าสารลดแรงตึงผิวปกคลุมท่อนาโนคาร์บอนขนาด (6,6) เป็นแบบชั้นเดียว (monolayer) ที่ค่าการปกคลุมพื้นผิวต่ำและสูง ในกรณีท่อนาโนคาร์บอนขนาด (12,12) และ (20,20) จะเป็นแบบหลายชั้น (multilayer) ที่ค่าการปกคลุมพื้นผิวสูง พลังงานของระบบมีแนวโน้มสูงขึ้นตามขนาดของท่อนาโนคาร์บอนและจำนวนของสารลดแรงตึงผิว จากผลการจำลองแสดงให้เห็นว่าสารลดแรงตึงผิว AOT สามารถดูดซับบนท่อนาโนคาร์บอนได้และสามารถใช้เป็นตัวเลือกในศึกษาและพัฒนาการประยุกต์ใช้ในการเพิ่มการผลิตน้ำมัน (enhanced oil recovery)