Evaluation of Silicone Fluids and Resins as CO2 Thickeners for Enhanced Oil Recovery Using a Computational and Experimental Approach

硅酮 聚二甲基硅氧烷 硅油 材料科学 溶解度 流变学 粘度 溶剂化 化学工程 倍半硅氧烷 聚合物 超临界流体 复合材料 高分子化学 有机化学 化学 溶剂 工程类
作者
Gonzalo E. Gallo,Eleonora Erdmann,Claudio N. Cavasotto
出处
期刊:ACS omega [American Chemical Society]
卷期号:6 (38): 24803-24813 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acsomega.1c03660
摘要

CO2 thickeners have the potential to be a game changer for enhanced oil recovery, carbon capture utilization and storage, and hydraulic fracturing. Thickener design is challenging due to polymers’ low solubility in supercritical CO2 (scCO2) and the difficulty of substantially increasing the viscosity of CO2. In this contribution, we present a framework to design CO2 soluble thickeners, combining calculations using a quantum mechanical solvation model with direct laboratory viscosity testing. The conductor-like polarizable continuum model for solvation free-energy calculations was used to determine functional silicone and silsesquioxane solubilities in scCO2. This method allowed for a fast and efficient identification of CO2-soluble compounds, revealing silsesquioxanes as more CO2-philic than linear polydimethylsiloxane (PDMS), the most efficient non-fluorinated thickener know to date. The rolling ball apparatus was used to measure the viscosity of scCO2 with both PDMS and silicone resins with added silica nanoparticles. Methyl silicone resins were found to be stable and fast to disperse in scCO2 while having a significant thickening effect. They have a larger effect on the solution viscosity than higher-molecular-weight PDMS and are able to thicken CO2 even at high temperatures. Silicone resins are thus shown to be promising scCO2 thickeners, exhibiting enhanced solubility and good rheological properties, while also having a moderate cost and being easily commercially attainable.
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