Dispositivos de microfluidos para la caracterización de procesos de poro-escala acontecimiento en medios porosos para aplicaciones de recuperación de aceite
Summary
El objetivo de este procedimiento es fácil y rápidamente producir un dispositivo de microfluidos con geometría adaptable y resistencia a los inflamación por fluidos orgánicos para estudios de recuperación de aceite. Un molde de polidimetilsiloxano se generan por primera vez y luego utilizado para el dispositivo basado en epoxy. Se divulga un estudio representativo del desplazamiento.
Abstract
Dispositivos microfluídicos son versátiles herramientas para el estudio de los procesos de transporte en una escala microscópica. Existe una demanda de dispositivos microfluídicos componentes son resistentes a la baja de peso molecular de aceite, a diferencia de los dispositivos tradicionales de polidimetilsiloxano (PDMS). Aquí, demostramos un método fácil para hacer un dispositivo con esta característica, y utilizamos el producto de este protocolo para examinar los mecanismos de la escala de poro por que crudo se recupera de la espuma. Un patrón primero se diseña utilizando el software de diseño asistido por ordenador (CAD) e imprimir en una transparencia con una impresora de alta resolución. Este patrón es trasladado a una fotoprotección mediante un procedimiento de litografía. PDMS es fundido en el patrón, curado en un horno y eliminados para obtener un molde. Un polímero reticulación tiol-ene, de uso general como pegamento óptico (OA), luego se vierte sobre el molde y curado bajo la luz ultravioleta. El molde PDMS se pela lejos el elenco pegamento óptico. Luego se prepara un sustrato de vidrio, y las dos mitades del aparato están unidas entre sí. Dispositivos ópticos de pegamento son más robustos que los tradicionales dispositivos de microfluidos PDMS. La estructura de epoxi es resistente a los inflamación por muchos solventes orgánicos, que abre nuevas posibilidades para experimentos con luz líquidos orgánicos. Además, el comportamiento de la humectabilidad superficial de estos dispositivos es más estable que el de PDMS. La construcción de dispositivos microfluídicos adhesivo óptico es simple, pero requiere progresivamente más esfuerzo que la fabricación de dispositivos basados en PDMS. También, aunque dispositivos adhesivos ópticos son estables en líquidos orgánicos, pueden exhibir fuerza de adherencia reducida después de un largo tiempo. Dispositivos microfluídicos adhesivo óptico se pueden hacer en geometrías que actúan como micromodels 2-D para medios porosos. Estos dispositivos se aplican en el estudio de desplazamiento de aceite para mejorar nuestra comprensión de los mecanismos de la escala de poro involucrados en la remediación de acuíferos y la recuperación mejorada del petróleo.
Introduction
El propósito de este método es visualizar y analizar interacciones fluidas multifásica, varios componentes y dinámica de la escala de poro complejo en medios porosos. Flujo y transporte en medios porosos han sido de interés durante muchos años porque estos sistemas son aplicables a diversos procesos subsuperficiales como la recuperación del petróleo, remediación del acuífero y de1,fracturamiento hidráulico2, 3 , 4 , 5. usando micromodels imitar estas estructuras complejas de poros, perspectivas únicas son ganados por visualizar eventos dinámicos a nivel de poro entre las fases líquidas y media6,7,8 ,9,10,11.
La fabricación de tradicional micromodels basados en sílice es caro, lento y difícil, pero construir micromodels pegamento óptico ofrece una relativamente barata, rápida y fácil alternativa12,13, 14,15. En comparación con otros micromodels basados en polímeros, pegamento óptico exhibe propiedades de adherencia de soldadura superficial más estables. Por ejemplo, superficies de micromodel polydimethylsiloxane (PDMS) se convertirá rápidamente en hidrofóbicas en el transcurso de un experimento típico desplazamiento de16. Además, módulo de Young de PDMS es 2,5 MPa mientras que la de pegamento óptico es 325 MPa13,17,18. Por lo tanto, pegamento óptico es menos propensa a presión inducida por la falta deformación y canal. Lo importante, el adhesivo curado óptico es mucho más resistente a los inflamación por componentes orgánicos de bajo peso molecular, que permite experimentos con petróleo y solventes ligeros para ser llevado a cabo18. En general, óptica adhesivo es una alternativa superior a PDMS para estudios de desplazamiento con petróleo crudo cuando micromodels basados en sílice son prohibitivamente complejos o caros y altos estudios de temperatura y presión no son necesarios.
El protocolo descrito en esta publicación proporciona las instrucciones paso a paso fabricación de micromodels adhesivo óptico e informes los trucos sutiles que aseguran el éxito en la manipulación de pequeñas cantidades de líquidos. En primer lugar se describe el diseño y fabricación de óptica micromodels base adhesiva con Litografía blanda. Entonces, la estrategia de desplazamiento de líquido se da por las tasas de flujo bajas que son comúnmente inalcanzables con controladores de flujo másico. A continuación, un resultado experimental representativo se da como un ejemplo. Este experimento revela espuma desestabilización y propagación comportamiento en presencia de petróleo crudo y medios porosos heterogéneos. Por último, análisis de datos y procesamiento de imagen típica se divulga.
El método proporciona aquí es apropiado para aplicaciones de visualización con flujo multifásico y las interacciones en espacios confinados con microcanales. Específicamente, este método está optimizado para resoluciones de micro-característica característica mayores de 5 y menos de 700 μm. típico caudales son del orden de 0.1 a 1 mL/h. En estudios de petróleo crudo o luz desplazamiento de solvente por fluidos acuosos o gaseosos del orden de los parámetros optimizados en el ambiente, este protocolo debe ser apropiado.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este protocolo para el estudio de procesos de recuperación de aceite en micromodels adhesivo óptico consigue un equilibrio entre la robustez de micromodels no poliméricos, tales como vidrio o silicio y la fabricación fácil de dispositivos microfluídicos PDMS. A diferencia de micromodels de vidrio o pegamento óptico, dispositivos PDMS carecen de resistencia a la luz las especies orgánicas. PDMS micromodels no son ideales para muchos experimentos porque las superficies de estos dispositivos tienen propiedades humec…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Reconocemos el apoyo financiero de la Rice University Consortium para procesos en medios porosos (Houston, TX, USA).
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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