商用聚1-癸烯(P1D)对超临界CO2增稠效应的争议性研究及其在含水层封存中的应用评估

为解决超临界CO2在含水层封存中因低粘度导致的流动性控制难题，研究人员针对商用聚1-癸烯(P1D)的CO2增稠效应展开系统性验证。通过测定溶解度、浊点压力和粘度等参数，发现1 wt%浓度下P1D仅产生<5%的粘度提升，且浊点压力过高(>25 MPa)，表明该商用聚合物难以满足实际应用需求。该研究澄清了文献中关于低分子量聚合物增稠效果的争议，为CO2封存技术开发提供了关键实验依据。

　　

在应对气候变化的全球行动中，碳捕集与封存(CCS)技术被视为关键解决方案之一。然而，超临界CO₂的低粘度特性（通常仅为0.03-0.08 mPa·s）导致其在含水层封存过程中易发生粘性指进现象，严重降低封存效率。过去四十年间，科学家们一直在寻找能直接溶解于CO₂的"增稠剂"，其中商用聚1-癸烯(P1D)因其支化结构和甲基官能团被认为具有潜力。但令人困惑的是，不同研究团队关于P1D增稠效果的报道差异巨大——从毫无效果到15倍粘度提升，这种巨大分歧严重阻碍了技术开发进程。

为澄清这一科学争议，来自挪威的研究团队在《Geoenergy Science and Engineering》发表了系统性实验研究。他们采用高压pVT(压力-体积-温度)测试装置，结合浊点压力测定和粘度测量技术，对Sigma-Aldrich提供的商用P1D（相对分子质量～9?10²）进行了全面评估。研究特别关注了挪威大陆架典型含水层条件（温度308-358 K，压力最高达50 MPa），通过严格控制混合条件和多次重复实验确保数据可靠性。

在"材料与方法"部分，研究使用工业级CO₂(纯度>99.7%)和未经处理的P1D样品（粘度50 cSt at 40°C），通过磁力搅拌和高压视窗实时观察确保完全混合。关键实验技术包括：(1)浊点压力测定：通过逐步降压法确定相分离边界；(2)粘度测量：采用高压落球粘度计；(3)浓度校准：通过重量法控制1-3 wt%的聚合物浓度范围。

"溶解度测试"结果显示，1 wt% P1D溶液的浊点压力在308 K时已达28 MPa，且随温度降低进一步升高。这与Firoozabadi团队报道的可溶性形成鲜明对比——在相同浓度下，后者声称在31 MPa、308 K条件下可实现6.5倍粘度提升。更值得注意的是，当浓度提升至3 wt%时，浊点压力飙升至50 MPa以上（358 K条件下），远超典型含水层压力（通常<30 MPa）。

"粘度增强效应"部分的数据更为关键：1 wt%浓度下最大粘度增幅不足5%，即使将浓度提高至3 wt%也仅获得约15%的提升。这一结果与Enick团队的前期研究高度一致，却彻底否定了Zhang等人2011年报道的15倍增幅。研究人员特别指出，根据Flory-Huggins高分子溶液理论，低分子量(～900 g/mol)、非缔合性支化聚合物在稀溶液中本就不应产生显著增稠效应。

在"结论与讨论"中，作者强调其研究具有双重意义：科学层面终结了关于商用P1D增稠能力的长期争议，证实早期报道的"显著效果"可能源于实验误差或混合不充分；应用层面则证明商用P1D因浊点压力过高、增稠效果微弱，完全不适合实际CCS工程应用。对于Firoozabadi团队报道的高分子量定制P1D(20个重复单元)的优异性能，研究者持保留态度，建议通过独立第三方验证。该研究为CO₂增稠剂开发指明了新方向——或许应该转向具有特定官能团的高分子量缔合型聚合物，而非继续纠缠于低分子量非缔合体系。

这项研究的价值不仅在于否定了一个"明星分子"的实际应用前景，更在于建立了严格的实验标准和方法论框架，为未来CO₂增稠剂研究扫清了技术认知障碍。正如作者在文末指出的，在应对气候变化的科技竞赛中，去伪存真与创新突破同等重要。