(Phys.org) — Wetenschappers van de Rice University hebben een detector op nanoschaal gemaakt die de aanwezigheid van waterstofsulfide in ruwe olie en aardgas controleert en rapporteert terwijl ze nog in de grond zitten.

De nanoreporter is gebaseerd op koolstofmateriaal ter grootte van een nanometer, ontwikkeld door een consortium van Rice-laboratoria onder leiding van scheikundige James Tour en is het onderwerp van een nieuw artikel dat deze maand in het tijdschrift American Chemical Society is gepubliceerd. ACS toegepaste materialen en interfaces .

Beperkte blootstelling aan waterstofsulfide veroorzaakt keelpijn, kortademigheid en duizeligheid, volgens de onderzoekers. De menselijke neus wordt snel ongevoelig voor waterstofsulfide, waardoor hogere concentraties niet kunnen worden gedetecteerd. Dat kan dodelijk zijn ze zeiden.

Aan de andere kant, waterstofsulfide is ook een biologisch belangrijk signaalmolecuul bij processen die pijn en ontsteking omvatten. Tour zei dat chemici fluorescerende sondes hebben gesynthetiseerd om het in het lichaam te detecteren. Het Rice-team profiteerde van dat werk door de sondes te gebruiken om boorgatdetectoren voor olievelden te maken.

Ruwe olie en aardgas bevatten inherent waterstofsulfide, die een "rotte eieren" geur afgeeft. Zelfs een spoor van 1 procent zwavel verandert olie in wat bekend staat als "zure ruwe, " die giftig is en pijpleidingen en transportschepen aantast, zei toer. De extra stappen die nodig zijn om het zuur in "zoete" ruwe olie te veranderen, zijn kostbaar.

"Dus het is belangrijk om de inhoud te kennen van wat je uit de grond pompt, en hoe eerder hoe beter, ' zei Tour.

Onder leiding van Rice professoren Tour, Michael Wong en Mason Tomson en onderzoeker Amy Kan, de universiteit heeft een pioniersrol vervuld bij het verzamelen van informatie uit olievelden door het gebruik van nanoreporters. De nanoreporters zijn ontworpen om de aanwezigheid en hoeveelheid olie in een put te detecteren en erover te rapporteren, die anders moeilijk te beoordelen zou zijn.

Nu hetzelfde team, vergezeld door scheikundige Angel Martí, maakt gebruik van thermisch stabiel, oplosbaar, zeer mobiel, op koolstofzwart gebaseerde nanoreporters die zijn aangepast om naar waterstofsulfide te zoeken en de resultaten onmiddellijk na hun terugkeer naar de oppervlakte te rapporteren.

Bij blootstelling aan waterstofsulfide, de fluorescerende eigenschappen van de nanodeeltjes veranderen onmiddellijk. Wanneer het uit een productieput wordt gepompt, de deeltjes kunnen worden geanalyseerd met een spectrometer om de mate van verontreiniging te bepalen.

"Dit artikel is een grote stap omdat we onze nanoreporters iets laten detecteren dat geen olie is, "Wong zei, wat de mogelijkheid suggereert dat nanodeeltjes ooit in staat zullen zijn om zwavelverbindingen op te vangen voordat ze naar de oppervlakte kunnen worden gepompt. "Ook al is dat niet rendabel, alleen informatie hebben over het zwavelgehalte kan voldoende zijn om een ​​bedrijf te vertellen, 'Laten we dit goed afsluiten en naar een schonere site gaan.'"

Het aanpassen van de deeltjes met gewone polyvinylalcohol (PVA) was de sleutel om de nanoreporters stabiel te maken bij temperaturen tot 100 graden Celsius (212 graden Fahrenheit). Testen in bedden van zandsteen of met echte Koeweitse dolomiet, om olieveldomgevingen na te bootsen, hielp het team de grootte en formule te perfectioneren voor nanoreporters die het meest waarschijnlijk een reis door de diepten zullen overleven en terugkeren met gegevens.

"We ontdekten dat hoe langer de PVA-polymeerketens, hoe stabieler de nanodeeltjes waren bij de hoge temperaturen waaraan ze worden blootgesteld, " zei Rice afgestudeerde student Chih-Chau Hwang, co-hoofdauteur van het artikel met mede-afgestudeerde student Gedeng Ruan.

"De detectiemethode is zo gevoelig dat grote hoeveelheden nanoreporters niet in het gat hoeven te worden gepompt, Tour zei. "Dit is enorm belangrijk voor werknemers in het veld om te weten voor aspecten van veiligheid, levensduur van apparatuur en waarde van de aangeboden olie."