微流控中的多相 CO2 分散：形成、相态与传质

高压条件下二氧化碳在水中的溶解与微流控传质对众多技术应用至关重要，包括微反应器、萃取以及碳捕集、利用与封存（CCUS）过程。在本实验工作中，我们采用高压微流控方法阐明高压下 CO2 在水中的传质过程。当在接近 CO2 气-液相边界的压力-温度（$P$-$T$）条件（$P=6.5$ MPa 和 $T=23.5\pm 0.5~^{\circ}$C）下操作时，观察到了引人入胜的多相 CO2 流动与分散现象。我们提出一系列策略以解析这一复杂多相动力学：计算气-液共存 CO2 分散中各相的体积与质量变化，估算水中可能的 CO2 浓度变化，并与 CO2 溶解度数据比较。最后，我们通过直接计算水中 CO2 溶解速率并估算体积传质系数（$k_{L}a$）来量化 CO2 传质。结果表明，传质可能受比表面积（$a$）、水塞中的 CO2 浓度梯度以及分散体的行进速度影响。