Dispositifs microfluidiques pour caractériser les processus d’événement Pore-échelle dans les milieux poreux pour les Applications de récupération huile
Summary
L’objectif de cette procédure est facilement et rapidement produire un dispositif microfluidique avec géométrie personnalisable et résistance au gonflement de fluides organiques pour les études de récupération de pétrole. Un moule de polydiméthylsiloxane est la première génération et ensuite utilisé pour monter l’appareil à base d’époxy. On rapporte une étude de déplacement représentatif.
Abstract
Dispositifs microfluidiques sont des outils polyvalents pour étudier les processus de transport à l’échelle microscopique. Une demande existe pour dispositifs microfluidiques que composants résistent à faible poids moléculaire huile, contrairement aux appareils traditionnels polydiméthylsiloxane (PDMS). Ici, nous démontrons une méthode facile pour la fabrication d’un dispositif avec cette propriété, et nous utilisons le produit du présent protocole pour examiner les mécanismes à l’échelle du pore par lequel récupère du pétrole brut de mousse. Un modèle est tout d’abord conçu à l’aide de logiciels de conception assistée par ordinateur (CAO) et imprimé sur un transparent avec une imprimante haute résolution. Ce modèle est ensuite transféré dans une résine photosensible via une procédure de lithographie. PDMS est chassé sur le modèle, séché dans un four et supprimé pour obtenir un moule. Un polymère de réticulation de thiol-ene, couramment utilisé comme adhésif optique (OA), est ensuite coulé sur le moule et durci sous la lumière ultraviolette. Le moule PDMS est épluché loin le plâtre adhésif optique. On prépare ensuite un substrat de verre, et les deux moitiés de l’appareil sont collés ensemble. Dispositifs optiques axée sur l’adhésif sont plus robustes que des dispositifs microfluidiques PDMS traditionnels. La structure époxy résiste à un gonflement de nombreux solvants organiques, qui ouvre de nouvelles possibilités pour les expériences impliquant des liquides organiques légers. En outre, le comportement de la mouillabilité de surface de ces dispositifs est plus stable que celle de PDMS. La construction de dispositifs optiques microfluidiques adhésif est simple, mais exige progressivement plus d’efforts que la fabrication des dispositifs de PDMS. Aussi, bien que les dispositifs adhésifs optiques sont stables dans les liquides organiques, ils peuvent présenter un résistance réduite après une longue période. Dispositifs optiques microfluidiques adhésif peuvent être faits dans des géométries qui agissent comme des micromodels 2D pour les milieux poreux. Ces dispositifs sont appliquées dans l’étude du déplacement d’huile pour améliorer notre compréhension des mécanismes à l’échelle du pore en assainissement d’aquifère et de récupération assistée du pétrole.
Introduction
Le but de cette méthode consiste à visualiser et analyser les interactions fluides multiphases, multi-composants et dynamique complexe pore-échelle dans les milieux poreux. Écoulement des fluides et le transport en milieu poreux ont été d’intérêt pendant de nombreuses années parce que ces systèmes sont appliquent à plusieurs processus souterraines telles que la récupération du pétrole, assainissement de l’aquifère et1,fracturation hydraulique2, 3 , 4 , 5. Utilisez micromodels pour imiter ces pores-structures complexes, un aperçu unique est acquises en visualisant les événements dynamiques au niveau du pore entre les différentes phases fluides et les médias6,7,8 ,9,10,11.
La fabrication des traditionnelles à base de silice micromodels est coûteux, chronophages et stimulant, construisant micromodels par adhésif optique offre un relativement bon marché, rapide et facile alternatif12,13, encore 14,15. Par rapport aux autres micromodels à base de polymère, adhésif optique présente des propriétés de mouillage superficiel plus stables. Par exemple, des surfaces Micromodels polydiméthylsiloxane (PDMS) deviendra rapidement hydrophobes au cours d’une expérience de déplacement typique16. En outre, le module de Young du PDMS est 2,5 MPa tandis que celui de colle optique est 325 MPa13,17,18. Adhésif optique est donc moins sujette à la pression induite par déformation et canal d’insuffisance. Ce qui est important, durci adhésif optique est beaucoup plus résistante à un gonflement de composants organiques de faible poids moléculaire, qui permet des expériences portant sur le pétrole brut et solvants légers pour être mené18. Dans l’ensemble, optique adhésif est une alternative supérieure à PDMS pour les études de déplacement concernant le pétrole brut lorsque micromodels à base de silice sont excessivement complexes ou coûteuses et à haute température et la pression des études ne sont pas nécessaires.
Le protocole décrit dans la présente publication fournit les instructions étape par étape de fabrication pour optique micromodels adhésif et signale les astuces subtiles qui assurent le succès dans la manipulation de petites quantités de liquides. La conception et la fabrication d’optiques micromodels base adhésive avec Lithographie douce est tout d’abord décrit. Alors, la stratégie de déplacement fluide est donnée pour des débits extrêmement faible qui sont souvent inaccessibles avec régulateurs de débit massique. Ensuite, un résultat expérimental représentatif est donné à titre d’exemple. Cette expérience révèle mousse déstabilisation et propagation comportement en présence de pétrole brut et des milieux poreux hétérogènes. Enfin, l’analyse de données et de traitement des images typiques est signalée.
La méthode fournie ici est approprié pour des applications de visualisation impliquant des interactions dans des espaces confinés microchannel et écoulement multiphase. Plus précisément, cette méthode est optimisée pour des résolutions de micro-fonction caractéristiques supérieures à 5 et moins de 700 µm. typique débits sont l’ordre de 0,1 à 1 mL/h. Dans les études de pétrole brut ou de déplacement lège de solvant par des fluides aqueux ou gazeux sur l’ordre de ces paramètres optimisés dans les conditions ambiantes, ce protocole doit être adaptée.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ce protocole pour l’étude des procédés de récupération de pétrole en optique micromodels adhésif établit un équilibre entre la robustesse des micromodels non polymérique – comme le verre ou le silicium – et la fabrication facile des dispositifs microfluidiques PDMS. Contrairement à micromodels en verre ou adhésif optique, dispositifs PDMS manquent de résistance à la lumière des espèces organiques. Micromodels PDMS ne sont pas idéales pour de nombreuses expériences parce que les surfaces de ces dis…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous reconnaissons l’appui financier de la Rice University Consortium for procédés en milieux poreux (Houston, TX, é.-u.).
Materials
| 3 mL Leur-Lok Syringe | Fischer Scientific | 14-823-435 | |
| 10 mL Glass Syringe | Fischer Scientific | 1482698G | |
| Photomask | CAD/Art Services | ||
| Silicon Wafer | University Wafer | 452 | |
| Propylene-Glycol-Methyl-Ether-Acetate | Sigma Aldrich | 484431-4L | |
| 150 mm Glass Petri Dish | Carolina Biological Supply | #721134 | |
| 60 mm Plastic Petri Dish | Carolina Biological Supply | #741246 | |
| Mask Aligner | EV Group | EVG 620 | |
| 1 mm Biopsy Punch | Miltex, Plainsboro, NJ | 69031-01 | |
| Industrial Dispensing Tip | CML Supply | Gauge 23 | |
| Inverted Microscope | Olympus | IX-71 | |
| Plasma System | Harrick Plasma | PDC-32G | Plasma cleaner |
| Polydimehtylsiloxane (PDMS) | Dow Corning, Midland, MI | SYLGARD 184 | |
| Norland Optical Adhesive 81 (NOA81) or (OA) | Norland Products Inc. | 8116 | Optical adhesive |
| Quick-Set Epoxy | Fisher Scientific | 4001 | |
| Glass Slides | Globe Scientic Inc. | 1321 | |
| SU-8 2015 Photoresist | MicroChem | SU-8 2015 | Photo resist |
| Syringe Pump | Harvard Apparatus | Fusion 400 | |
| Glass Capillary Tubing | SGE Analytical Science | 1154710C | |
| High-Speed Camera | Vision Research | V 4.3 | |
| Polyethylene Tubing | Scientific Commodities Inc. | #BB31695-PE/3 |
Riferimenti
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