Determination of Cations in Hydraulic Fracturing Flowback Water from the Marcellus Shale
Aplikace | 2016 | Thermo Fisher ScientificInstrumentace
Hydraulické štěpení (fracking) produkuje velké objemy spodní vody s vysokým obsahem rozpuštěných solí a kovových kationtů. Jejich přesné stanovení je klíčové pro optimalizaci recyklace frakční kapaliny, prevenci usazování solí v potrubích a úpravu léčebných procesů dle měnícího se složení vody.
Studie se zaměřuje na vývoj a validaci postupu pro kvantitativní analýzu osmi kationtů (lithium, sodík, amonné ionty, draslík, hořečnaté ionty, vápník, stroncium a baryum) ve vratné (flowback) vodě z Marcellus Shale. Pomocí gradientní iontové chromatografie na systému Thermo Scientific Dionex ICS-5000+ byly porovnány standardní a kapilární kolony.
Validated metoda s gradientní iontovou chromatografií na Dionex ICS-5000+ umožňuje rychlé, přesné a opakovatelné stanovení klíčových kationtů v frackingové flowback vodě. Kapilární konfigurace nabízí srovnatelnou výkonnost se standardní kolonou při výrazně nižší spotřebě eluentu a vzorku.
Iontová chromatografie
ZaměřeníŽivotní prostředí
VýrobceThermo Fisher Scientific
Souhrn
Význam tématu
Hydraulické štěpení (fracking) produkuje velké objemy spodní vody s vysokým obsahem rozpuštěných solí a kovových kationtů. Jejich přesné stanovení je klíčové pro optimalizaci recyklace frakční kapaliny, prevenci usazování solí v potrubích a úpravu léčebných procesů dle měnícího se složení vody.
Cíle a přehled studie / článku
Studie se zaměřuje na vývoj a validaci postupu pro kvantitativní analýzu osmi kationtů (lithium, sodík, amonné ionty, draslík, hořečnaté ionty, vápník, stroncium a baryum) ve vratné (flowback) vodě z Marcellus Shale. Pomocí gradientní iontové chromatografie na systému Thermo Scientific Dionex ICS-5000+ byly porovnány standardní a kapilární kolony.
Použitá metodika a instrumentace
- Systém Dionex ICS-5000+ reagent-free HPIC se standardní (5 mm i.d.) a kapilární (0,5 mm i.d.) Dionex IonPac CS16 kolonkou
- Eluent: metansulfonová kyselina (MSA), gradient 20‒30 mM (0–10 min), 30‒55 mM (10–18 min), 55 mM (18–32 min), návrat na 20 mM
- Detekce: supresovaná vodivost s CERS 500 (standard bore) nebo CCES 300 (kapilární) supresorem v recyklačním režimu
- Autosampler Dionex AS-AP s možností automatické ředicí a měření vodivosti
- Příprava vzorků: odstředění (10 000 × g, 10 min), filtrace 0,2 µm, 100× ředění deionizovanou vodou
Hlavní výsledky a diskuse
- Gradientní eluce umožnila baseline rozlišení všech kationtů do 32 min (Rs > 1,5)
- Kalibrace pro většinu iontů lineární s koeficientem determinace 0,9997–1,000 (ammonný ion je kvadratický)
- Analýza neředěné koncentrace odhalila typické složení flowback: Na ~33 000 mg/L, Ca ~13 000 mg/L, dále Mg, Sr, K, Ba, NH4, Li
- Kapilární a standardní kolona dosáhly 92–109 % vzájemné shody ve stanovených koncentracích
- S rostoucím objemem odebírané vody se koncentrace kationtů zvyšovaly, baryum vykazovalo více než dvojitý nárůst (z ~160 mg/L na ~360 mg/L)
Přínosy a praktické využití metody
- Spolehlivá a citlivá analýza vysoce zasolených vzorků
- Možnost automatizované ředicí, měření vodivosti a rychlé připravenosti kapilární konfigurace
- Nízká spotřeba eluentu a odpadu (14–43 mL/den) u kapilární IC
- Užitečné pro nastavení dávkování inhibitorů tvorby usazenin a pro rozhodování o recyklaci či likvidaci vody
Budoucí trendy a možnosti využití
- Integrace on-line ředění a kontinuálního sledování vodivosti
- Rozšíření metodiky o další stopové prvky, anionty a organické složky
- Větší využití kapilární IC v mobilních či terénních laboratořích
- Monitorování a regulace znečištění v průmyslových a environmentálních aplikacích
Závěr
Validated metoda s gradientní iontovou chromatografií na Dionex ICS-5000+ umožňuje rychlé, přesné a opakovatelné stanovení klíčových kationtů v frackingové flowback vodě. Kapilární konfigurace nabízí srovnatelnou výkonnost se standardní kolonou při výrazně nižší spotřebě eluentu a vzorku.
Reference
- The Petrostate of America. The Economist, 2014.
- Spegele B.; Scheck J. WSJ, 2013.
- Trotman A. The Telegraph, 2014.
- McElroy M.; Lu X. Harvard Magazine, 2013.
- FracFocus Chemical Disclosure Registry, 2014.
- Bomgardner M. C&EN, 2012.
- Thermo Fisher Scientific Technical Note 139, 2013.
- Vidic R.D.; et al. Science, 2013.
- Thermo Fisher Scientific Technical Note 138, 2013.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Determination of Cations in Hydraulic Fracturing Flowback Water from the Marcellus Shale
2016|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
Carl Fisher and Richard Jack Thermo Fisher Scientific, Sunnyvale, CA, USA Appli cat i on N ote 1 0 9 4 Determination of Cations in Hydraulic Fracturing Flowback Water from the Marcellus Shale Key Words Fracking, Capillary IC, ICS-5000+, IonPac…
Klíčová slova
flowback, flowbackfracturing, fracturingdionex, dionexshale, shalemarcellus, marcellusfracking, frackingegc, egchydraulic, hydraulicbore, borebarium, bariumcations, cationsmsa, msastrontium, strontiumconcentration, concentrationcation
Determination of Anions and Cations in Produced Water from Hydraulic Fracturing
2016|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
Carl Fisher Thermo Fisher Scientific, Sunnyvale, CA, USA Key Words Fracking, Capillary IC, Dionex ICS-5000+, Dionex ICS-2100, Dionex IonPac CS16, Dionex IonPac AS18 Goal Quantify anions and cations in produced water from hydraulic fracturing using ion chromatography. Introduction Hydraulic fracturing…
Klíčová slova
produced, producedflowback, flowbackwater, waterconcentration, concentrationdionex, dionexfracturing, fracturingstrontium, strontiumshale, shalehydraulic, hydraulicconcentrations, concentrationsmarcellus, marcellusbarium, bariumcation, cationwastewater, wastewaterformate
Hydraulic fracturing wastewater analysis Reagent-Free Ion Chromatography
2016|Thermo Fisher Scientific|Brožury a specifikace
Table of Contents Hydraulic Fracturing Anion and Cation Determinations Organic Acid Determinations Sample Preparation Reagent-Free Ion Chromatography Recommended Resources Hydraulic fracturing wastewater analysis Reagent-Free Ion Chromatography Hydraulic Fracturing Table of Contents Hydraulic Fracturing Anion and Cation Determinations Organic Acid Determinations…
Klíčová slova
determinations, determinationsfracturing, fracturinghydraulic, hydraulicdionex, dionexanion, anioncation, cationresources, resourcesreagent, reagentfracking, frackingion, ionorganic, organiccontents, contentschromatography, chromatographyfree, freetable
Environmental Water Analysis Applications Notebook
2016|Thermo Fisher Scientific|Příručky
Table of Contents Introduction Anions Cations Perchlorate Hexavalent Chromium Cyanide Organic Acids Herbicides Metals Innovative Solutions Environmental Water Analysis Applications Notebook Table of Contents Introduction Anions Introduction Cations Perchlorate Hexavalent Chromium Cyanide Organic Acids Herbicides Metals Innovative Solutions Ground and…
Klíčová slova
cyanide, cyanideperchlorate, perchlorateanions, anionscations, cationshexavalent, hexavalentchromium, chromiumherbicides, herbicidesinnovative, innovativemetals, metalsacids, acidscontents, contentsorganic, organictable, tablesolutions, solutionsdionex