界面现象对碳捕集与封存的影响

2025-09-10

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作者：Susanna Laurén，Biolin Scientific

随着全球变暖引起广泛关注，碳捕集与封存（CCS）或二氧化碳封存已经成为重要的研究课题。储存二氧化碳的自然方式当然是由森林和海洋自然完成的。然而，自然方式不足以补偿化石燃料产生的二氧化碳量。目前已经提出几种不同的方法，例如枯竭的油气藏和深层盐水采集。在所有方法中，成功的二氧化碳封存主要与流体-流体和流体-岩石界面相互作用有关。由于二氧化碳也经常用于提高石油采收率，因此相同的研究工作可以同时用于这两个目的，因为相同的流体和固体、盐水、二氧化碳/油和岩石之间存在相互作用。

水润湿表面有利于二氧化碳储存

对于二氧化碳的长期捕获，了解阻止浮力二氧化碳迁移回地表的不同功能捕获机制的作用至关重要。各种研究人员已经证明，水润湿表面化学对二氧化碳捕获过程有益[1]。通过接触角测量可以很容易研究水的润湿性。接触角测量为研究盐度和不同岩石表面化学成分对润湿性的影响提供了一种快速方法。接触角测量是通过将岩石或岩石模拟材料（通常是石英和方解石）浸入盐水中并在样品表面上滴一滴油来完成的。当以这种方式进行测量时，更高的接触角意味着基材的水润湿性越好。从下面的两个图中可以得出结论，较低的盐度二氧化碳的密封能力更好。

高温高压下测试润湿性

接触角测量也可以在各种压力和温度下进行。为此，光学接触角测量仪配备了高压测试单元。这种仪器可直接研究盐水、二氧化碳和岩石之间的相互作用。通过方程表明储层的储存能力直接取决于水与二氧化碳的接触角

其中H是二氧化碳柱高，γ是水和二氧化碳之间的界面张力，θ是被二氧化碳包围的岩石上的水接触角，Δρ是水和二氧化碳之间的密度差，g是重力加速度，r是孔隙半径[2]。更高的柱高意味着更好的二氧化碳密封能力，可以通过降低水在被二氧化碳包围的岩石上的接触角来实现。因此，使用高压单元可以在相对较短的测量时间内研究压力、温度、盐度和岩石表面化学等多个变量的影响。

光学接触角测量仪

Theta Flow

适用于高要求的表面研究和质量控制。用户友好，兼具高水平的自动化和准确度，通过配置的高端摄像头、图像增强和传感器，大幅提高测试精度，给大家带来全新的接触角测量体验。

完整的测量功能

·静态接触角

·动态接触角

·滚动角

·表面自由能

·表面张力

·界面张力

·批处理接触角

·粗糙度修正接触角

·界面流变（粘弹性）

·高压和高温测量

·单纤维接触角

参考文献

[1] K. Chaudhary, M. B. Cardenas, W. W. Wolfe, J. A. Maisano, R. A. Ketcham, and P. C. Bennett, "Pore-scale trapping of supercritical CO2 and the role of grain wettability and shape," Geophysical Research Letter, vol. 40, no. 15, pp. 3878-3882, 213.

[2] M. Ali, S. Al-Anssari, M. Arif, A. Barifcani, M. Sarmadivaleh, L. Stalker, M. Lebedev, and S. Iglauer, "Organic acid concentration threshold for aging of carbonate minerals: Implications for CO2 trapping /storage," Journal of Colloid and Surface Science, vol. 534, pp. 88-94, 2019.

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