Dispositivos microfluídicos para caracterizar processos de evento Pore-escala em meios porosos para aplicações de recuperação de óleo
Summary
O objetivo deste procedimento é rapidamente e facilmente produzir um dispositivo microfluidic com geometria personalizável e resistência ao inchaço por fluidos orgânicos para estudos de recuperação de óleo. Um molde de polidimetilsiloxano é gerado pela primeira vez e então usado para converter o dispositivo baseado em epóxi. Um estudo representativo do deslocamento é relatado.
Abstract
Dispositivos microfluídicos são versáteis ferramentas para estudar processos de transporte em escala microscópica. Uma demanda existe para dispositivos microfluídicos componentes que são resistentes ao baixo peso molecular de óleo, ao contrário de dispositivos tradicionais polydimethylsiloxane (PDMS). Aqui, vamos demonstrar um método fácil para fazer um dispositivo com essa propriedade, e usamos o produto do presente protocolo para analisar os mecanismos de poro-escala pela qual espuma recupera petróleo. Um padrão é projetado primeiramente usando o software de desenho assistido por computador (CAD) e impresso em uma transparência com uma impressora de alta resolução. Esse padrão é então transferido para um fotorresiste através de um procedimento de litografia. PDMS é convertida no padrão, curado em estufa e removido para obter um molde. Um polímero de reticulação thiol-ene, comumente usado como um adesivo óptico (OA), então é derramado sobre o molde e curado sob luz UV. O molde PDMS é descascado longe o elenco adesivo óptico. Um substrato de vidro é então preparado, e as duas metades do dispositivo são ligadas juntos. Dispositivos ópticos baseados em adesivo são mais robustos do que o tradicionais dispositivos microfluídicos PDMS. A estrutura de epóxi é resistente ao inchaço por muitos solventes orgânicos, que abre novas possibilidades para os experimentos envolvendo líquidos orgânicos luz. Além disso, o comportamento de molhabilidade superficial destes dispositivos é mais estável do que a de PDMS. A construção de dispositivos ópticos microfluidic adesivo é simples, requer ainda incrementalmente mais esforço do que a realização de dispositivos baseados em PDMS. Também, apesar de dispositivos ópticos de adesivo são estáveis em líquidos orgânicos, eles podem apresentar diminuição de força de ligação após um longo tempo. Dispositivos ópticos microfluidic adesivo podem ser feitos em geometrias que agem como micromodels de 2-D para meios porosos. Estes dispositivos são aplicados no estudo de deslocamento do óleo para melhorar a nossa compreensão dos mecanismos envolvidos na remediação de aquíferos e recuperação aprimorada de petróleo poro-escala.
Introduction
A finalidade desse método é Visualizar e analisar interações fluidas multi-fase, multicomponentes e dinâmica do complexo do poro-escala em meios porosos. Fluxo de fluidos e transporte em meios porosos foram de interesse por muitos anos porque estes sistemas são aplicáveis aos vários processos subsuperficiais como fraturamento hidráulico1,2, , remediação de aquíferos e recuperação de petróleo 3 , 4 , 5. usando micromodels para imitar esses poros-estruturas complexas, introspecções originais são adquiridas através da visualização de eventos dinâmicos do pore-nível entre as diferentes fases de fluido e a mídia6,7,8 ,9,10,11.
Fabricação de micromodels tradicional baseada em sílica é caro, demorado e desafiador, no entanto, construir micromodels de adesivo óptico oferece um relativamente barato, rápido e fácil alternativa12,13, 14,15. Comparado com outros micromodels baseado em polímero, adesivo óptico exibe propriedades de umectação de superfície mais estáveis. Por exemplo, superfícies de micromodel polydimethylsiloxane (PDMS) vão se tornar rapidamente hidrofóbicas no decurso de uma experiência de deslocamento típico16. Além disso, o módulo de Young de PDMS é 2.5 MPa, Considerando que é do adesivo óptico 325 MPa13,17,18. Assim, o adesivo óptico é menos propenso a pressão induzida por deformação e canal falha. Importante, adesivo curado óptico é muito mais resistente ao inchaço por componentes orgânicos de baixo peso molecular, que permite experimentos envolvendo petróleo e solventes leves para ser realizado18. Adesivo geral, óptico é uma alternativa superior de PDMS para estudos de deslocamento envolvendo petróleo bruto quando micromodels baseada em sílica são proibitivamente caro ou complexo e não são necessários estudos de temperatura e pressão altos.
O protocolo descrito nesta publicação fornece as instruções passo a passo de fabricação de óptica micromodels adesivo e relata os truques sutis que garantem o sucesso na manipulação de pequenas quantidades de líquidos. O projeto e fabricação de óptica micromodels com base adesiva com litografia macia é descrita pela primeira vez. Então, a estratégia de deslocamento de fluido é dada para taxas de fluxo ultra baixo que são comumente inatingíveis com controladores de fluxo de massa. Em seguida, um representante resultado experimental é dado como exemplo. Esse experimento revela espuma desestabilização e propagação de comportamento na presença de petróleo bruto e meios porosos heterogêneos. Por último, a análise de dados e processamento de imagem típica é relatado.
O método fornecido aqui é apropriado para aplicações de visualização que envolvam fluxo Multifase e interações em espaços confinados microchannel. Especificamente, este método é otimizado para resoluções de microcaracterística características maiores que 5 e menos de 700 µm. taxas de fluxo típicos são da ordem de 0,1 a 1 mL/h. Em estudos de petróleo bruto ou luz deslocamento solvente por fluidos aquosos ou gasosos na ordem esses parâmetros otimizados para as condições do ambiente, este protocolo deve ser apropriado.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este protocolo para estudar processos de recuperação de óleo na óptica micromodels adesivo estabelece um equilíbrio entre a robustez dos micromodels não-poliméricos – tais como o vidro ou silício – e fácil fabricação de dispositivos microfluídicos PDMS. Ao contrário de micromodels de vidro ou adesivo óptico, dispositivos PDMS faltam resistência à luz espécies orgânicas. PDMS micromodels também não são ideais para muitas experiências porque as superfícies destes dispositivos têm propriedades de…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Reconhecemos o apoio financeiro do consórcio Universidade de arroz para processos em meios porosos (Houston, Texas, EUA).
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 |
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