viii ABSTRACT The purpose of this research work was to investigate

ABSTRACT
The purpose of this research work was to investigate the microstructure, elemental
composition, molecular structure, thermogravimetric characteristics and electrokinetic
behavior of asphaltene precipitated from a Maya Mexican crude oil using n-heptane.
Transmission electron micrographs show that asphaltene is constituted of nanometric
particles smaller than 50 nm in diameter. The energy dispersive X-ray spectroscopy results
showed that the asphaltene mass is constituted by carbon, oxygen and sulfur. The spectra of
infrared spectrometry of asphaltene show absorption bands features of alkenes and
aromatics, also functional groups of carboxylics. The pyrolysis process of asphaltene
mainly occurs at narrow temperature interval from 390 to 500 ºC. The electrokinetic
behavior of solid asphaltene particles when different concentrations of one anionic
surfactant (sodium dodecyl sulphate) and two cationic surfactants (cetylpyridinium chloride
and dodecylamine hydrochloride) in aqueous 1.0 mM NaNO3 solutions was investigated.
The effect of adding a polar organic co-solvent, namely ethylene glycol, was also
investigated. In the absence of ethylene glycol and ionic surfactant, the zeta potential of
asphaltene is negative in the pH interval from 4.6 to 10.5 approximately, and its magnitude
increases slightly as the pH increases. These results suggest that the surfaces of asphaltene
contain pH-dependent ionizable functional groups that can undergo dissociation and
protonation. In the presence of sodium dodecyl sulfate the zeta potential of asphaltene is
negative in the pH interval from 3.1 to 10.3. Cetylpyridinium and dodecylamine cations
reverse the sign of the zeta potential of asphaltene. When dodecylamine hydrochloride is
used, the hydrolysis products should determine the electrokinetic behavior of asphaltene.
Since the hydrolysis of this surfactant is pH-dependent, the zeta potential must also be
pH-dependent. In 50:50 water+ethylene glycol (v/v) mixtures, the zeta potential of
asphaltene is more negative in the pH interval from 4.3 to 10.5. This electrokinetic behavior
indicates that ethylene glycol molecules adsorb in the Stern layer and affect the electric
characteristics of the interface. The addition of an aqueous solution of long-chain anionic or
cationic surfactant also affects the zeta potential of asphaltene in 50:50 water+ethylene
glycol (v/v) mixtures. The presence of 1.0 mM of sodium dodecyl sulfate makes the already
negative zeta potential of asphaltene significantly more negative in the pH interval
investigated. In solutions 1.0 mM of cetylpyridinium chloride and dodecylamine
hydrochloride the zeta potential of asphaltene is positive in all the pH interval investigated.
Under these conditions, at low pH, adsorption of the dodecyl sulfate anion onto
electropositive asphaltene particles may involve an electrostatic mechanism whereas at pH
values at which the zeta potential of asphaltene is negative without surfactant, a
hydrophobic mechanism must predominate. Cationic surfactant adsorption onto positively
charged asphaltene surfaces may involve a hydrophobic mechanism, whereas an
electrostatic contribution may predominate when the zeta potential of asphaltene is
negative.
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RESUME
El propósito de este trabajo es investigar la microestructura, composición elemental,
estructura molecular, características termogravimétricas y comportamiento electrocinético
de asfalteno precipitado de un petróleo crudo Mexicano Maya mediante la adición de
n-heptano. Las micrografías de transmisión electrónica de asfalteno muestran agregados de
forma irregular y con tamaños menores a 50 nm. Los resultados de análisis de
espectroscopía dispersiva de rayos X indican que la masa del asfalteno está constituida
principalmente por carbono, azufre y oxígeno. El espectro de infrarrojo del asfalteno
presenta bandas de absorción características de alcanos y aromáticos, así como del grupo
funcional carboxílico. La pirolisis del asfalteno ocurre principalmente en un intervalo de
temperatura de 390 a 500 ºC. Se investigó el comportamiento electrocinético con diferentes
concentraciones de un surfactante aniónico (sulfato doedecilico de sodio) y dos surfactantes
catiónicos (cloruro de cetil piridinium y cloruro de dodecilamina) de partículas sólidas de
asfalteno dispersas en soluciones acuosas conteniendo 1.0 mM de NaNO3. El efecto de la
adición de etilén glicol como co-solvente también fue investigado. En ausencia de etilén
glicol y surfactantes iónicos, el asfalteno tiene potencial zeta negativo en el intervalo de pH
de 4.6 a 10.5 aproximadamente, y su magnitud aumenta a medida que aumenta el pH. Estos
resultados sugieren la presencia en la superficie del asfalteno de grupos funcionales, ácidos
y básicos, que son susceptibles de protonarse y deprotonarse. En presencia de sulfato
dodecilico de sodio el potencial zeta del asfalteno es negativo en el intervalo de pH de
3.1 a 10.3. Los cationes de cetil piridinium y dodecilamina cambian el signo del potencial
zeta del asfalteno. Cuando se utiliza cloruro de dodecilamina, los productos de hidrólisis
pueden influir en el comportamiento electrocinético del asfalteno. En mezclas
50:50 agua+etilén glicol (v/v), el potencial zeta del asfalteno es más negativo en el
intervalo de pH de 4.3 a 10.5. Este comportamiento electrocinético indica que las moléculas
de etilén glicol se adsorben en el plano de Stern y modifican las características eléctricas de
la interfase. La adición de solución acuosa de surfactante aniónico o catiónico también
afecta el potencial zeta del asfalteno en la mezcla 50:50 agua+etilén glicol (v/v). Con 1.0
mM de sulfato dodecilico de sodio el potencial zeta del asfalteno es significativamente más
negativo en el intervalo de pH investigado. En presencia de 1.0 mM de cloruro de cetil
piridinium y cloruro de dodecilamina el potencial zeta del asfalteno es positivo en todo el
intervalo de pH investigado. En estas condiciones, a bajo pH, la adsorción del anión sulfato
dodecilico sobre la superficie electropositiva de partículas de asfalteno podría deberse a
mecanismo electrostático, mientras que a valores de pH en los cuales el potencial zeta del
asfalteno es negativo en ausencia de surfactante, el mecanismo hidrofóbico puede
predominar. La adsorción de los surfactantes catiónicos sobre la superficie de asfalteno
cargada positivamente puede deberse a mecanismo hidrofóbico, mientras que la
contribución electrostática puede predominar cuando el potencial zeta del asfalteno es
negativo.
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