Повышение нефтеотдачи с использованием комбинации биоповерхностных веществ

Биоповерхностные вещества представляют собой амфипатические поверхностно-активные молекулы, продуцируемые микроорганизмами, которые обладают способностью уменьшать поверхность и межфазное натяжение между двумя фазами¹. Типичный биотвердовой фактор содержит гидрофильную часть, которая обычно состоит из фрагмента сахара или пептидной цепи или гидрофильной аминокислоты и гидрофобной части, которая состоит из насыщенной или ненасыщенной цепи жирных кислот². Из-за своей амфипатической природы биоповерхностные вещества собираются на границе раздела между двумя фазами и уменьшают межфазное напряжение на границе, что облегчает диспергирование одной фазы в другую ^1,3. Различные типы биозащищенных веществ, о которых сообщалось до настоящего времени, включают гликолипиды, в которых углеводы связаны с длинноцепочечными алифатическими или гидроксиалифатическими кислотами через эфирные связи (например, рамнолипиды, трегалолипиды и софоролипиды), липопептиды, в которых липиды прикреплены к полипептидным цепям (например, сурфактин и лихенизин), и полимерные биозащитные вещества, которые обычно состоят из полисахарид-белковых комплексов (например, эмульсан, липосан, аласан и липоманнан)⁴. Другие типы биозащищенных веществ, продуцируемых микроорганизмами, включают жирные кислоты, фосфолипиды, нейтральные липиды и биоповерхностные частицы⁵. Наиболее изученным классом биоповерхностных веществ являются гликолипиды, и среди них большинство исследований было зарегистрировано на рамнолипидах⁶. Рамнолипиды содержат одну или две молекулы рамнозы (которые образуют гидрофильную часть), связанные с одной или двумя молекулами длинноцепочечной жирной кислоты (обычно гидрокси-декановой кислоты). Рамнолипиды являются первичными гликолипидами, о которых впервые сообщалось из Pseudomonas aeruginosa⁷.

Биоповерхностные вещества приобретают все большее внимание по сравнению со своими химическими аналогами из-за различных уникальных и отличительных свойств, которые они предлагают⁸. К ним относятся более высокая специфичность, более низкая токсичность, большее разнообразие, простота приготовления, более высокая биоразлагаемость, лучшее пенообразование, экологическая совместимость и активность в экстремальных условиях⁹. Структурное разнообразие биоповерхностных веществ (рисунок S1) является еще одним преимуществом, которое дает им преимущество перед химическими аналогами¹⁰. Они, как правило, более эффективны и действенны при более низких концентрациях, поскольку их критическая концентрация мицелл (CMC) обычно в несколько раз ниже, чем у химических поверхностно-активных веществ¹¹. Сообщалось, что они обладают высокой термостабильностью (до 100 °C) и могут переносить более высокий рН (до 9) и высокие концентрации соли (до 50 г/л)¹² , тем самым обеспечивая ряд преимуществ в промышленных процессах, которые требуют воздействия экстремальных условий¹³. Биоразлагаемость и более низкая токсичность делают их пригодными для экологических применений, таких как биоремедиация. Из-за преимуществ, которые они предлагают, они получают повышенное внимание в различных отраслях промышленности, таких как пищевая, сельскохозяйственная, моющая, косметическая и нефтяная промышленность¹¹. Биозащищенные вещества также привлекли большое внимание в рекультивации нефти для удаления нефтяных загрязнителей и токсичных загрязнителей¹⁴.

Здесь мы сообщаем о производстве, характеристике и применении биоповерхностных веществ, полученных Rhodococcus sp. IITD102, Lysinibacillus sp. IITD104 и Paenibacillus sp. IITD108. Этапы, связанные с скринингом, определением характеристик и применением комбинации биоповерхностных веществ для повышения нефтеотдачи, описаны на рисунке 1.

Рисунок 1: Метод повышения нефтеотдачи пластов с использованием комбинации биоповерхностно-активных веществ. Показан пошаговый рабочий процесс. Работа велась в четыре этапа. Сначала микробные штаммы культивировали и просеивали для производства биоповерхностного вещества различными анализами, которые включали анализ на падение коллапса, анализ разбрасывания масла, анализ индекса эмульсии и измерение поверхностного натяжения. Затем биоповерхностные вещества были извлечены из бесклеточного бульона, и их природа была идентифицирована с помощью тонкослойной хроматографии, и они были дополнительно идентифицированы с использованием LCMS, ЯМР и FT-IR. На следующем этапе извлеченные биоповерхностные вещества смешивали вместе, и потенциал полученной смеси для повышения нефтеотдачи был определен с использованием метода колонной пескоструйной упаковки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Скрининг этих микробных штаммов для получения биоповерхностных веществ проводился путем коллапса капель, разбрасывания масла, анализа индекса эмульсии и определения снижения поверхностного натяжения бесклеточной среды за счет роста микробов. Биоповерхностные вещества были извлечены, охарактеризованы и химически идентифицированы С помощью LCMS, ¹H ЯМР и FT-IR. Наконец, смесь биоповерхностных веществ, полученных этими микробами, была приготовлена и использована для извлечения остаточной нефти в смоделированной колонне песчаной пачки.

Настоящее исследование лишь иллюстрирует методы, связанные с скринингом, идентификацией, структурной характеристикой и применением комбинации биоповерхностных веществ для повышения остаточного нефтеотдачи. Он не дает подробной функциональной характеристики биоповерхностных веществ, продуцируемых микробными штаммами^15,16. Различные эксперименты, такие как определение критических мицелл, термогравиметрический анализ, смачиваемость поверхности и биоразлагаемость, выполняются для детальной функциональной характеристики любого биоповерхностного вещества. Но поскольку этот документ является методологическим документом, основное внимание уделяется скринингу, идентификации, структурной характеристике и применению комбинации биоповерхностных веществ для повышения остаточного нефтеотдачи; эти эксперименты не были включены в данное исследование.