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TALLER DE APRENDIZAJE 1

KATIUSKA MONTES DE OCA RIOS

ANDRÉS FELIPE TARAZONA BOHORQUEZ

SERVICIO DE APRENDIZAJE NACIONAL (SENA)

NANOTECNOLOGÍA Y APLICACIONES

COLOMBIA

2020

I.

Investigación -Aplicaciones recientes de la nanotecnología:

Nombre del artículo o investigación

Artícul o1

Artícul o2

Año/País

Nanotecnolog ía aplicada a la mejora de 2017 la Colombia productividad de petróleo y gas y recuperación de campos colombianos Nanotecnolog ía en la 2020 remediación China de suelos: aplicaciones frente a implicaciones

Autor

Resu men (*)

Campo y forma de aplicació n (*)

Alcance (*)

Importa ncia para la socieda d (*)

Camilo A. Franco, Richard Zabala y Farid B. Cortés. Yuting Qian, Caidie Qin, Mengm eng Chen y Sijie Lin.

*

Resumen (Artículo 1):

A continuación, se hablará sobre aplicaciones e investigaciones de la Nanotecnología. Empecemos. Cabe resaltar que, en Colombia, las reservas estimadas de crudo son de aproximadamente 2.0 mil millones de barriles, disminuyendo aproximadamente un 13% en el último año según la Agencia Nacional de Hidrocarburos (ANH). Como primer artículo tenemos: Nanotecnología aplicada a la mejora de la productividad de petróleo y gas y recuperación de campos colombianos, este estudio, presenta una revisión de las aplicaciones recientes de la nanotecnología en Colombia, desde enfoques de laboratorio hasta condiciones de campo. Esta revisión se divide en cuatro secciones principales; la primera sección da cuenta de la descripción de estudios centrados en la inhibición y remediación del daño de la formación. La segunda sección

analiza la mejora de la movilidad del petróleo en condiciones de yacimiento y superficie. La tercera sección examina varias soluciones de nanotecnología desarrolladas para la mejora de aplicaciones mejoradas de recuperación de petróleo. Por último, la cuarta sección describe la implementación de nanofluidos / nanopartículas en ensayos de campo, incluida la inhibición del daño de la formación por asfaltenos y la migración de finos y la inyección de nanofluidos para mejorar la movilidad del petróleo en condiciones de yacimiento. Las cuales, se describirán brevemente a continuación. En la primera sección se trató como se había dicho sobre, Inhibición y reparación de daños a la formación. Esta se dividió en 4 partes: (i) Daño a la formación de asfaltenos, en esta etapa, los asfaltenos se excluyen de la matriz de aceite y se depositan posteriormente sobre la roca del yacimiento, lo que a su vez provoca un bloqueo del medio poroso y una alteración de la humectabilidad del sistema. En respuesta, se estudiaron diferentes enfoques que utilizan la nanotecnología, por ejemplo, el efecto de las sales higroscópicas soportadas (SHS) sobre nanopartículas de sílice y alúmina, respectivamente, sobre la adsorción de asfaltenos n- C 7. [1] Se funcionalizaron nanopartículas de sílice y alúmina mediante la técnica de humedad incipiente con diferentes concentraciones en peso de soluciones acuosas de nitrato de níquel (Ni (NO3)2) y luego se calcinaron a 460 ° C para obtener nanopartículas de NiO en la superficie. El tamaño medio de cristalitode las nanopartículas de NiO sintetizadas varió de 15 a 29 nm dependiendo de la naturaleza química del soporte. Concluyendo, todos esos trabajos reportados favorecen el escalado y aplicación de la nanotecnología en ensayos de campo para inhibir el daño de la formación por precipitación / deposición de asfaltenos para condensado-reservorio compacto y crudo ligero de petróleo, hasta su masificación en otros campos. Siguiendo con (ii), Daño de formación por migración de finos, los autores demostraron que las nanopartículas de sílice podían retener las partículas finas independientemente del estado de humectación de la arena. Se observó una mayor retención para el sistema húmedo por petróleo y se atribuyó principalmente a la presencia de compuestos polares en la superficie de la roca. Recientemente, evaluaron la selectividad de nanopartículas sobre la inhibición de la migración de finos de diferente naturaleza química. (iii) Daño por formación de incrustaciones inorgánicas, los resultados obtenido con respecto a este apartado fue, que en pruebas de desplazamiento en condiciones de yacimiento para un yacimiento de condensado compacto, se observó que la inclusión del nanofluido inhibía la reducción de la permeabilidad del medio poroso en menor grado que en ausencia de nanofluido; el efecto se mantuvo después de dos intentos de inducción de daños. Además, en el paso de remediación, se observó que el nanofluido (además de eliminar el daño generado previamente) tendía a estimular el sistema con un aumento del 57% en la permeabilidad al aceite con respecto al sistema blanco. (iv) Fluidos de perforación y fluidos de fracturación hidráulica, el tratamiento fue adecuado para alterar la preferencia de humectabilidad de las muestras. Debido al efecto sinérgico del tratamiento con nanofluidos (nanopartículas SY + SY modificadas) sobre la alteración de la humectabilidad de líquido a gas, el nivel de líquido embebido se redujo considerablemente para ambas muestras de arenisca que usaban agua y aceite como fluidos de imbibición. [1]

En la segunda sección se trató sobre, mejora de la movilidad del aceite en condiciones de yacimiento y superficie, aquí, se concluyó que se podría lograr una mejora en el comportamiento catalítico con la funcionalización proceso, donde la presencia de una fase activa bimetálica aumenta la descomposición de los compuestos pesados a baja temperatura debido a un aumento de la descomposición de la cadena alifática y la disociación de enlaces heteroatómicos. Además, la formación de coque después del proceso de gasificación con vapor se reduce mediante la aplicación del catalizador bimetálico, lo que produce una tasa de conversión superior al 93%. En la tercera sección, Nanotecnología para aplicaciones mejoradas de recuperación de petróleo (NEOR), los autores llegaron a la conclusión de que, además de los cambios de humectabilidad y la mejora de la transferencia de calor, la adsorción de asfaltenos sobre las nanopartículas inyectadas también conduce a un aumento en la recuperación de petróleo. Una vez que los asfaltenos se adsorben sobre la superficie de la nanopartícula, se pueden convertir en productos más livianos bajo determinadas condiciones de temperatura, carga de asfaltenos, grado de autoasociación alrededor de los sitios activos de las nanopartículas, naturaleza química del catalizador nanoparticulado y naturaleza química de la molécula de asfaltenos. entre otros. La formación de productos más ligeros cambiará la composición química del crudo y potenciará los procesos descritos anteriormente que afectan la recuperación de petróleo con vapor. Finalizando con la última sección (quinta), el uso del nanofluido aumentó la recuperación de petróleo en las pruebas de inundación del núcleo, provocada por la eliminación de asfaltenos del sistema de agregación, la reducción de la viscosidad del aceite y la restauración efectiva de la humectabilidad del núcleo original. Se realizaron dos ensayos de campo en Castilla (pozos CN154 y CN174) inyectando 200 bbl y 150 bbl de nanofluido, respectivamente, como tratamiento principal dentro de un radio de penetración de ∼3 pies. Incrementos instantáneos de la tasa de petróleo de 270 bopd en CN154 y 280 bopd en CN174 y BSW se observaron reducciones de ~ 11%. En Chichimene, se realizaron dos ensayos (CHSW26 y CH39), inyectando 86 bbl y 107 bbl de nanofluido, respectivamente, como tratamiento principal dentro de un radio de penetración de ∼3 pies. Por último, Colombia ha aprovechado la sinergia entre el Estado, la academia y la industria para el desarrollo de recursos humanos especializados en aplicaciones de la nanotecnología para superar diversas dificultades presentes en el sector de petróleo y gas. En este sentido, Colombia ha sido pionera en aplicaciones de campo de nanofluidos y nanopartículas. Los desarrollos basados en la nanotecnología en Colombia han mostrado un gran potencial para aumentar la eficiencia de diferentes operaciones en la industria del petróleo y el gas. Los esfuerzos experimentales realizados por el sector académico han dado como resultado la realización de diferentes nanopartículas y nanofluidos especialmente diseñado de acuerdo al problema de interés.

*

Campo y forma de aplicación:

Uso de nanopartículas / nanofluidos a través de ensayos de campo en diferentes aplicaciones: •

Inhibición y reparación de daños a la formación.

• • •

Mejora de la movilidad del aceite en condiciones de yacimiento y superficie Nanotecnología para aplicaciones mejoradas de recuperación de petróleo (NEOR) Nanotecnología para aplicaciones mejoradas de recuperación de petróleo (NEOR)

*Alcance ➢ Se describen los avances recientes en las aplicaciones de la nanotecnología para la inhibición / remediación de daños en la formación. ➢ Se proporciona una descripción general del efecto de las nanopartículas / nanofluidos para mejorar la movilidad de los petróleos pesados y extrapesados. ➢ Se proporciona una descripción general de los mecanismos para ayudar a los procesos de EOR térmicos y no térmicos utilizando nanotecnología. * Importancia para la sociedad Los ensayos de campo han demostrado el potencial de la nanotecnología para aumentar la productividad de los pozos y aumentar las reservas. Los enfoques para la inhibición del daño de la formación han llevado a la expansión de estas soluciones de base nano en varios pozos y varios campos del país. Las aproximaciones NEOR están alineadas con las necesidades actuales de la industria nacional de petróleo y gas, y el sector académico está preparado para los desafíos involucrados. Este estudio, abre un panorama prometedor en las industrias del petróleo y el gas para la mejora y / o potenciación de la recuperación de petróleo basada en una tecnología innovadora como la nanotecnología.

BIBLIOGRAFÍA [1]

Franco, C., Zabata, R. y Cortés, F. Nanotecnología aplicada a la mejora de la productividad de petróleo y gas y recuperación de campos colombianos. (2017). Revista de ciencia e ingeniería del petróleo. Volumen 157. Páginas 39-55. Recuperado de: https://ezproxyucor.unicordoba.edu.co:2054/science/article/pii/S092041051730565X

*Resumen (artículo 2) Abreviatura: Los nanomateriales de ingeniería: (ENM) Tenemos otro de artículo que refleja, la importancia de la nanotecnología en la remediación de suelos, Nanotecnología en la remediación de suelos: aplicaciones frente a implicaciones. Dado el futuro previsible de los ENM y la nanotecnología en la remediación del suelo, en este artículo, se propuso realizar una evaluación integral de las aplicaciones e implicaciones de los ENM y la

nanotecnología para la remediación del suelo con el intento de proporcionar sugerencias prácticas para el diseño e implementación seguros de los ENM y la nanotecnología en el suelo. La estructura general de este artículo se resume a continuación. En un primer apartado se encuentra, aplicaciones de los ENM para la remediación de suelos, se descubrió que la afinidad y capacidad de adsorción de los CNT a los compuestos fenólicos depende de sus características fisicoquímicas, incluida la forma, el tamaño, el número de capas y también el número de grupos funcionales hidroxilo (-OH). La sustitución de –OH en el anillo aromático pudo mejorar la interacción π-π entre los anillos aromáticos y los CNT, lo que permitió que los CNT atraigan simultáneamente el receptor π y el donante π a la superficie y, por lo tanto, fortalezcan la adsorción. Además, el TiO2, siendo los ENM más utilizados en esta zona, se demostró que la adición de este con una dosis de 50 mg g -1 de suelo a suelos contaminados con pireno (arena de cuarzo, suelos aluviales y rojos) podría lograr una degradación de 78,3, 23,4 y 31,8% de los contaminantes dentro de las 5 h bajo exposición a luz visible, respectivamente. En la siguiente sección, comportamientos ambientales de los ENM en suelos, los resultados indicaron que el aumento de la concentración de CuO de 10 mg kg -1 a 100 mg kg -1 puede mejorar la velocidad de disolución de CuO, aumentando así la cantidad de Cu extraído con ácido dietilentriaminopentaacético (DTPA) en el suelo en un 38% en peso después 31 días de incubación. También se informó que el porcentaje de Cu extraíble aumentó con el tiempo de envejecimiento, lo que infiere el potencial para construir un método de extracción dependiente del tiempo. [2] Como último apartado, implicaciones de los ENM en el ecosistema del suelo, en determinadas circunstancias, los ENM podrían mejorar la eficiencia en el uso de nutrientes y plaguicidas, facilitar la germinación de semillas y el crecimiento de plantas y reducir el impacto dañino en las tierras agrícolas, habiendo demostrado un gran potencial para uso agrícola y fitorremediación. Los autores aquí resaltan que, aunque la presencia y liberación de ENM son propicias para los organismos del suelo en algunos casos, serían peligrosos para las plantas terrestres, los microorganismos y el ecosistema del suelo al exceder su rango de concentración beneficioso y umbrales de seguridad. [2] Por consiguiente, A pesar del impacto potencial sobre la fauna, la flora y los seres humanos relativos al suelo, la inducción de ENM también puede afectar las propiedades geofísico-químicas del suelo debido a su pequeño tamaño y capacidad de adsorción, su creciente porosidad del suelo y su interacción con partículas del suelo y materias orgánicas. En conjunto, hubo evidencias que sugirieron que los ENM podrían influir en las plantas terrestres, los organismos del suelo y la salud humana una vez que ingresen al medio subterráneo. Por último, el destino ambiental y el transporte de los ENM en los suelos incluyen la degradación por microbios del suelo, la adsorción en las partículas del suelo, la agregación y la disolución en acuíferos subterráneos gobernados por la condición del suelo y las características fisicoquímicas de los ENM. Debido a la falta de métodos de detección, todavía hay literatura limitada que proporcione análisis cuantitativos y monitoreo ambiental de los ENM. Es una búsqueda válida analizar el impacto potencial de los ENM en las plantas terrestres, los organismos del suelo (microorganismos e invertebrados) y la salud humana con el objetivo de responder si los beneficios de la nanotecnología en la aplicación superan sus riesgos ambientales.

*

Campo y forma de aplicación:

Los nanomateriales de ingeniería (ENM) y la nanotecnología han demostrado un gran potencial para abordar problemas complejos y crear enfoques innovadores en la remediación del suelo debido a sus características únicas de alta reactividad, selectividad y versatilidad. Aplicaciones: ➢ Inmovilización. ➢ Comportamientos ambientales de los ENM en suelos. ➢ Implicaciones de los ENM en el ecosistema del suelo.

*Alcance ➢ Revisan críticamente los nanomateriales de ingeniería actuales y emergentes y la nanotecnología para la remediación del suelo. ➢ Resumen el comportamiento medioambiental de los nanomateriales de ingeniería típicos en el suelo. ➢ Enfatizan la importancia de comprender las implicaciones de la nanotecnología para implementaciones más seguras.

* Importancia para la sociedad Es una búsqueda válida analizar el impacto potencial de los ENM en las plantas terrestres, los organismos del suelo (microorganismos e invertebrados) y la salud humana con el objetivo de responder si los beneficios de la nanotecnología en la aplicación superan sus riesgos ambientales. La perspectiva sobre la investigación fundamental y aplicada de direcciones futuras incluye: ➢ Diseño de síntesis y fabricación de nuevos ENM con funcionalidades específicas. ➢ Desarrollo de nanocompuestos multifuncionales y combinación con otras tecnologías como la biorremediación. ➢ Monitoreo y control en tiempo real de los ENM aplicados y su efectividad en la remoción de contaminantes. ➢ Exposición a largo plazo y efectos crónicos de los ENM utilizados en la remediación de suelos. BIBLIOGRAFÍA [2]

Qian, Y., Qin, C., Chen, M. y Lin, S. Nanotecnología en la remediación de suelos: aplicaciones frente a implicaciones. (2020). Ecotoxicología y seguridad ambiental. Volumen 201. Recuperado de: https://ezproxyucor.unicordoba.edu.co:2054/science/article/pii/S0147651320306540#!

II.

Nanotecnología en casa:

Objeto en casa

Objeto mejorado con nanotecnología

Un calcetín es una prenda para el pie, están diseñados para ser llevados con el calzado que cubre el pie entero, como calzado deportivo, botas o zapatos de vestir. En ocasiones, se llevan con sandalias y zapatillas de casa. Los calcetines también se pueden llevar solos, generalmente dentro de casa.

Un ejemplo de aplicación de nanopartículas de plata en ropa deportiva es los calcetines producidos por la empresa AgActive. Estos calcetines se caracterizan por contener billiones de nanoparticulas de plata con un tamaño medio de 25 nm que permiten mantener un mayor frescor en los pies durante mayor tiempo

Están diseñados con el fin de calentar el pie, absorber su sudor, protegerlo de suciedad y rasguños y aliviar el frotamiento con el calzado.

Efectos antimicrobianos o anti-olor o para la prevención de olor procedente de la sudoración en ropa deportiva. Las nanopartículas de plata en los calcetines eliminan las bacterias que causan el mal olor de los pies y las infecciones de hongos.

Imagen (de ser posible)

Descripción

Beneficios

ANEXO La plata ha sido históricamente utilizada para eliminar bacterias y evitar los efectos derivados de las mismas, ya sea la putrefacción de alimentos (conocido ya en la antigua Grecia), la infección de heridas o el olor proveniente de la sudoración. El mecanismo de actuación antimicrobiano de la plata consiste en la generación de iones de plata sobre la superficie de plata cuando esta entra en contacto con agua, por ejemplo, durante la transpiración. Posteriormente estos iones son transportados por las moléculas de agua hasta las bacterias donde quedan fijados como

consecuencia del llamado efecto oligodinámico de la plata, produciendo su precipitación e inactivación. Mediante la introducción de nanoparticulas de plata en fibras ya sea sintéticas o naturales se consigue una potenciación de la actividad iónica gracias a la mayor cantidad de iones de plata que son liberados como consecuencia de la mayor área superficial expuesta. Como consecuencia se alcanza una mayor eficiencia que mediante el uso de partículas de plata convencionales, ya que permite aumentar extraordinariamente el número de iones de plata liberados reduciendo a su vez el peso de plata necesario en las fibras. El resultado es la obtención de rápidos efectos antimicrobianos o anti-olor que pueden ser utilizados en prendas de hospitales que requieran de una alta esterilización o para la prevención de olor procedente de la sudoración en ropa deportiva. [3] BIBLIOGRAFÍA [3]

Proyecto NANO-SME. Aplicaciones industriales de la nanotecnología. Tresalia Comunicación. Recuperado de: https://www.idepa.es/documents/20147/163848/AplicacionesIndustriales.pdf/6c110c65-76effdfb-15dd-38c072d6e2ee...