微纳米气泡技术在CO2-EOR与CO2地质存储中的新应用方向综述

简介：
本文综述了微纳米气泡技术在二氧化碳驱油（CO2-EOR）和二氧化碳地质储存领域的新进展，探讨其增强油气采收率及环境效益的潜力。 ### 微纳米气泡技术作为CO2-EOR和CO2地质储存技术的新方向：综述 #### 一、引言 随着全球环境问题日益严峻，尤其是温室气体排放导致的全球变暖现象，各国政府和科研机构纷纷投入大量资源研究如何减少碳排放。二氧化碳捕获、利用与封存技术（CCUS）作为当前减少碳排放的关键手段之一，其核心在于将工业生产过程中产生的二氧化碳分离出来，直接利用或者注入地下以实现长期减排。尽管CCUS技术在理论上已经相对成熟，但在实际应用过程中仍面临着诸如地质存储安全性等关键问题。 微气泡(MB)和纳米气泡(NB)作为一种新兴的技术手段，因其独特的物理化学性质而备受关注。它们具有极高的稳定性、较大的表面体积比、快速的气体溶解速率等特点，在提高原油采收率（EOR）和二氧化碳地质封存（CGS）方面展现出巨大的潜力。本综述旨在深入探讨微纳气泡技术在这些领域的最新研究成果及未来发展方向。 #### 二、微纳米气泡的基本性质 ##### 2.1 上升速度 微纳气泡在水中的上升速度远低于宏观气泡。这是因为它们的直径较小，根据斯托克斯定律，上升速度与其直径的平方成正比。这意味着微纳气泡在水中停留时间更长，有利于气体溶解和传质过程。 ##### 2.2 气体溶解速率 由于微纳气泡具有高表面体积比，其气体溶解速率远高于宏观气泡。这使得它们能在较短的时间内达到饱和状态，从而提高了气体的利用效率。 ##### 2.3 传质能力 微纳气泡具备高效的传质能力，能够促进气体与液体之间的物质交换。这对于提高CO2-EOR效率至关重要，因为高效的传质可以提升原油采收率。 ##### 2.4 表面带负电荷 微纳气泡表面通常带有负电荷，这有助于它们在水溶液中稳定分散，防止凝聚和聚集，从而延长其存在时间。 ##### 2.5 纳米气泡稳定性 纳米气泡相比微气泡具有更高的稳定性。这种高稳定性主要归因于其较高的表面能以及更大的内部压力，使其不易破裂。 #### 三、微纳米气泡制备方法 微纳气泡的制备方法多样，常见的包括： ##### 3.1 空化法 **水力空化**：通过高速流动液体在特定条件下产生局部高压区域来形成气泡。这种方法适用于连续生产的场合。 **超声空化**：利用超声波的能量在液体中形成空化核从而生成气泡，操作简单但产率较低。 ##### 3.2 微流控器件 微流控技术通过精确控制液体流动，并使用特定设计的微通道产生微纳气泡。这种方法可以精准调控气泡大小和分布。 ##### 3.3 膜分散法 气体穿过多孔膜进入液体，形成均匀尺寸的微纳气泡。这种方法可实现连续化生产且气泡尺寸分布均匀。 ##### 3.4 加压减压法 首先将气体加压溶入液体中，然后迅速减压释放以生成微纳气泡。此方法适用于大规模工业化生产。 #### 四、影响微纳米气泡形成及性质的主要因素 ##### 4.1 温度和压力 温度和压力的变化会影响气泡的形成与稳定性。通常来说，温度升高会降低气泡稳定性；而增加压力有利于气泡生成。 ##### 4.2 溶解气体类型和浓度 不同类型的气体溶解能力各异，特定条件下较高的溶解浓度会导致更多数量的气泡产生。 ##### 4.3 pH的影响 pH值的变化会影响微纳气泡表面电荷性质，进而影响其稳定性。 ##### 4.4 电解质溶液 电解质的存在会改变微纳气泡周围电荷分布情况，从而影响其稳定性。 ##### 4.5 表面活性剂 适量添加的表面活性剂能够增强微纳气泡稳定性，防止气泡合并现象发生。 ##### 4.6 纳米颗粒 纳米颗粒可以作为核心帮助形成稳定的微纳气泡。 #### 五、结论与展望 微纳气泡技术在提高CO2-EOR效率和实现二氧化碳地质封存方面展现出巨大潜力。通过深入理解其基本性质及制备方法，以及掌握影响性能的关键因素，为这一领域的发展提供了坚实的理论基础。未来研究应更加注重实际应用中的问题解决，如提升稳定性、降低成本等方面，以推动微纳气泡技术在CO2-EOR和CGS领域的广泛应用。