Nanomaterialien als CO2-Schaumstabilisatoren: Eine umfassende Übersicht

Die Fortschritte in der Nanotechnologie und die Notwendigkeit, Strategien und neue Möglichkeiten zur Nutzung von CO2 zu entwickeln, haben intensive Forschungsbemühungen zur CO2-Nutzung als Treibmittel angestoßen, um die Effizienz der Ölförderung, der Kohlenstoffspeicherung und von Reservoiranwendungen zu verbessern. Diese Übersicht untersucht kritisch die Fortschritte in verschiedenen CO2-Schaumformulierungen, die durch nanostrukturierte Materialien modifiziert wurden. Siliziumdioxid, kohlenstoffhaltige, flugaschebasierte, Metalloxide, Bornitrid und polyelektrolytische komplexe Nanomaterialien haben gezeigt, dass sie die Stabilität und Leistung von CO2-Schaum erhöhen, was eine effektivere Nutzung von CO2 in Anwendungen im Untergrund, wie der verbesserten Ölförderung (EOR), ermöglicht und Strategien für das Kohlenstoffmanagement und die Wertschöpfung von Ressourcen vorantreibt. Der Einsatz verschiedener Nanomaterialien in nicht-funktionalisierten und funktionalisierten Formen sowie hybriden Kombinationen mit verschiedenen chemischen Agenzien wie Tensiden und Polymeren in Flutungsformulierungen von CO2-Schaum wird überprüft und verglichen, wobei der Schwerpunkt auf der Oberflächenfunktionalität, der Verträglichkeit mit chemischen Agenzien, den Grenzflächeneigenschaften und der Stabilität liegt. Eine kritische Bewertung und Vergleiche werden hinsichtlich der Wirksamkeit der Nanomaterialien bei der Verbesserung der Schäumfähigkeit und der Schaustabilität durch Minimierung der Koaleszenz und des Kollapses von Schaumblasen, der Modifizierung der Benetzbarkeit von Reservoirgestein, der Verringerung der Grenzflächenspannung, der Erhöhung der Verdrängungseffizienz, der Veränderung der rheologischen Eigenschaften, der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, der Integration elektrostatischer Kräfte und thermischer Eigenschaften sowie der Stärkung anderer Mechanismen durchgeführt. Darüber hinaus werden die Auswirkungen herausfordernder Reservoirbedingungen, einschließlich Salinität, Temperatur, Druck, Permeabilität, Öl- und anderer Reservoirfluidzusammensetzung sowie Oberflächen- und struktureller Eigenschaften, Partikelgröße und -form der nanostrukturierten Materialien, Methoden zur Oberflächenmodifikation, angehängte Gruppen, verschiedene chemische Zusätze, Dispergierbarkeit und Stabilität, Oberflächenchemie und verwandte Modifikationen zur Optimierung der Benetzbarkeit und Synergien hybrider Systeme auf die Leistung von durch Nanomaterialien stabilisierten CO2-Schaumformulierungen überprüft, um Struktur-Eigenschaft-Leistungs-Beziehungen und praktische Entwurfsstrategien zu bestimmen. Basierend auf den gewonnenen Vergleichen schlagen wir optimale Systeme vor und definieren gleichzeitig zukünftige Trends und Richtungen für durch Nanomaterialien stabilisierte CO2-Schaumformulierungen mit signifikantem Potenzial zur Verbesserung der Effizienz, Nachhaltigkeit und Umweltverantwortung der relevanten CO2-Nutzungsprozesse durch die Nutzung der einzigartigen Eigenschaften von Nanomaterialien.