超临界状态下煤岩吸附/解吸二氧化碳的实验

查明超临界状态下煤岩对CO₂的吸附/解吸特征,能为煤层气开采现场注CO₂的注入参数选取提供理论依据。以山西屯留矿的瘦煤和寺河矿的无烟煤为研究对象,借助ISO-300型等温吸附实验仪分别进行了不同温度(35℃、45℃、55℃)、最高压力达到CO₂临界压力以上时的吸附/解吸实验。结果表明:超临界状态下,随着压力升高,容量法测得的吸附量存在最大值,不代表煤样的绝对吸附量,而是Gibbs吸附量;根据煤岩在高压下吸附CO₂的本质,计算出超临界状态下煤岩吸附/解吸CO₂的真实量。超临界状态下煤岩吸附CO₂的真实量与压力之间符合langmuir吸附曲线,随着吸附压力的升高,Gibbs吸附量与绝对吸附量之间的差值越来越大;随着温度的升高,煤样的饱和吸附量降低;同样条件下,高变质程度的无烟煤对CO₂的饱和吸附量大于瘦煤;超临界状态下煤样对CO₂的绝对吸附等温线和绝对解吸等温线是可逆的。      

粘土矿物-DOM复合体对多环芳烃的吸附研究

<正>土壤受垃圾渗滤液污染后,渗滤液中的水溶性有机物(DOM)能与土壤中的粘土矿物形成复合体,对多环芳烃(PAHs)在污染土壤中的迁移转化产生影响(Polubesova等,2008;Wang等,2008)。本实验以垃圾渗滤液为DOM提取原料,通过与吸附载体蒙脱石和高岭石复合制得粘土     

基于DFT方法的注热蒸汽开采CH4吸附机理

为探究不同煤阶煤吸附CH₄和H₂O吸附机理,采用量子化学方法中的密度泛函理论（DFT）,在B3LYP/6-31G基组上计算了不同煤阶煤的大分子稳定构型及煤分别吸附CH₄、H₂O及CH₄与H₂O共存条件下的吸附能和电荷转移情况。研究结果表明:煤吸附CH₄为物理吸附,随着煤阶升高,煤吸附CH₄能力增强;吸附H₂O时以氢键形式作用,其中煤中含氧官能团为氢键供体,H₂O中-OH为氢键受体,随着煤阶升高,吸附H₂O能力减弱;当H₂O与CH₄共存时,H₂O抢占CH₄吸附位,导致煤优先吸附H₂O,使吸附态CH₄减少,游离态CH₄增多。从分子水平完善了煤吸附甲烷和H₂O的吸附机理,为注热蒸汽开发煤层气奠定了吸附理论基础。      

沁水盆地南部深部煤层超临界CO2吸附特征及其控制因素

为揭示深部煤层超临界CO₂（ScCO₂）吸附特征及其控制机理,以沁水盆地南部余吾矿、寺河矿、成庄矿的3号煤为研究对象,通过自制等温吸附仪进行了不同温度（45℃,62.5℃,80℃）、最高压力达到CO₂超临界压力以上时的等温吸附实验。研究结果表明:高温高压条件下ScCO₂吸附曲线不同于常温常压下CO₂吸附曲线,随压力升高ScCO₂过剩吸附量和绝对吸附量分别呈4段式和3段式变化,ScCO₂达到过剩吸附量峰值出现的压力点具有随温度升高向高压增高的特征;ScCO₂过剩吸附量远低于绝对吸附量,无法采用Langmuir吸附模型进行解释;温度对ScCO₂吸附抑制明显,水分对ScCO₂吸附没有起到抑制作用,灰分含量较高对ScCO₂吸附量有明显抑制作用,煤中高镜质组含量和高R_max对ScCO₂吸附具有较明显的促进作用;超临界状态下煤对ScCO₂的吸附量大小由微孔和过渡孔所控制,且与微孔比表面积大小有关,高变质煤对ScCO₂的吸附能力降低可能是因微孔中矿物充填所致。      

不同含水性无烟煤CO2吸附行为及其对地质封存的启示

深部煤层CO₂地质封存是助力“碳达峰碳中和”战略的重要途径,煤层含水性对以CO₂吸附封存为主的深部煤层CO₂地质封存能力影响显著。以无烟煤为例,开展了45℃下干燥、平衡水、饱和水煤样高压CO₂等温吸附实验,校正了饱和水煤样过剩吸附曲线,利用改进的D-R吸附模型拟合得到三者吸附能力与吸附热,对比了不同含水条件下CO₂绝对吸附曲线,阐释了饱和水增强无烟煤吸附能力的微观作用机理。结果表明:(1)干燥、平衡水、饱和水煤样CO₂吸附能力分别为56.72、45.19和48.36 cm3/g,吸附热分别为29.42、26.23和27.24 kJ/mol。(2) CO₂密度小于0.16 g/cm3(6.48 MPa)时,无烟煤CO₂绝对吸附量大小顺序为干燥煤样、饱和水煤样和平衡水煤样,而CO₂进入超临界状态后,顺序变为饱和水煤样、干燥煤样和平衡水煤样。(3)水分子优先占据高能吸附位是平衡水煤样吸附能力减弱的主要原因,而煤?水体系与CO₂相互作用强于CO₂与H₂O竞争吸附下的煤?CO₂相互作用是饱和水煤样在CO₂超临界阶段吸附能力高于干燥煤样的根本原因。(4)吸附封存是煤层CO₂地质封存的主要形式,深部煤储层条件下,煤层饱和水对超临界CO₂增储作用更为明显,高压注水是提高深部煤层CO₂地质封存潜力,改善煤储层渗透性的有效手段。      

二元气体等温吸附实验及其对煤层甲烷开发的意义

分别进行了CH₄-CO₂和CH₄-N₂二元混合气体的等温吸附实验, 并且分析了二元气体在吸附过程中各组分浓度的变化规律.结果表明, 在CH₄-N₂二元气体的吸附过程中, 吸附相中CH₄组分的相对浓度逐渐增加, N₂组分的相对浓度逐渐减少.在CO₂-CH₄二元气体的吸附过程中, 吸附相中CO₂组分的相对浓度逐渐增加, CH₄组分的相对浓度逐渐减少.实验结果证实了CO₂在与CH₄的竞争吸附中占据优势, 而N₂在与CH₄的竞争吸附中处于劣势.注入CO₂比注入N₂可以更有效地置换或驱替煤层甲烷, 提高煤层甲烷的采收率.      

黏性土对垃圾渗滤液中多环芳烃吸附机理与规律

论文以华北平原某垃圾场为例,选取低环萘(2环)和高环苯并[ghi]苝(6环)即迁移能力最强与最弱的两类多环芳烃的代表性物质为研究对象,采用0.01 mol/L CaCl_2溶液与垃圾渗滤液两种背景溶液,通过试验分析黏性土对多环芳烃吸附动力学、等温吸附性,揭示出垃圾渗滤液中多环芳烃在包气带黏性土中吸附规律和机理,这一研究对探讨黏性土吸附垃圾中多环芳烃的阻隔规律和地下水污染防治具有重要意义。     

磷酸盐对纳米二氧化钛吸附水体中重金属离子行为的影响和机理分析

纳米二氧化钛(nTiO₂)被广泛应用于去除水体中的重金属。磷酸盐作为水体中普遍存在的无机阴离子,能够对重金属离子在nTiO₂上的吸附特征产生影响。本文聚焦磷酸盐存在条件下nTiO₂胶体颗粒对典型重金属离子(Zn²⁺和Cd²⁺)的吸附行为,以电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)测定吸附平衡后水相中重金属离子的浓度。通过批量吸附实验考察不同水化学条件下(离子强度和共存阴离子),磷酸盐对nTiO₂胶体颗粒吸附水体中Zn²⁺和Cd²⁺特征的影响规律。采用经典吸附等温线模型对实验数据进行拟合,并结合纳米颗粒的Zeta电位和粒径变化等表征手段揭示了相关吸附机制。研究发现：(1)磷酸盐的存在能有效地增强重金属在nTiO₂上的吸附,Zn²⁺和Cd²⁺的最大吸附量分别由121.1mg/g和84.7mg/g增加至588.3mg/g和434.8mg/g,增加了3...     

利用GCMC分子模拟技术研究页岩气的吸附行为和机理

揭示页岩气的吸附机理是阐明页岩气的吸附规律及转化条件、建立具有普适意义的定量评价模型的基础.采用GCMC（Grand Canonical Monte Carlo）分子模拟方法,对不同温压条件下CH₄和CO₂在不同孔径的伊利石狭缝形孔隙中的吸附行为进行模拟,结果表明,分子模拟与实验所得的吸附量归一化到单位表面积才具有相同的内涵和比较的意义.在此基础上进行的对比表明,分子模拟与实验结果相近,奠定了由分子模拟考察页岩气吸附行为和机理的基础:气体吸附于矿物表面的内因（机理）是气-固分子之间的范德华力和库仑力,伊利石表面对CO₂的吸附能力比其对CH₄的吸附能力强是其结合能更高的反映;CH₄和CO₂在伊利石表面的吸附虽然并非严格的单分子层吸附,但以一个强吸附层为主;孔径减小到微孔后吸附相密度将发生叠加,形成微孔填充,也是其结合能叠加的结果.      

贵州牛蹄塘组页岩气表面自由能研究

为了研究页岩对气体的吸附机理,在50℃、60℃、80℃ 3个温度点对贵州凤参1井和天马1井的页岩样品进行等温吸附实验,并绘制出了CH₄和CO₂等温吸附曲线图,计算得到页岩表面自由能,从自由能角度分析页岩对CH₄和CO₂气体的吸附特性。研究结果表明:当温度一定时,随着压力的增加,页岩对2种气体的表面自由能变化值均呈现出不断增加的趋势,当压力一定时,随着温度的增加,表面自由能会逐渐减小,这与等温吸附曲线上气体吸附量随压力的变化是一致的;页岩对CO₂的表面自由能变化值均要大于CH₄,表明页岩对CO₂的吸附能力比CH 4 更强,可以通过向页岩层中注入CO₂来提高采收率;对于吸附能力较强的页岩气藏,可以通过注入表面活性剂的方法,增强活性剂与页岩表面的结合能力,降低CH₄占有面积及其与页岩的表面自由能,以此达到促使CH₄解吸的目的。      

铁氧化物矿物对苯酚和溶解性有机质表面吸附的初步研究

文中以铁氧化物矿物对苯酚和溶解性有机质(DOM)的吸附研究为例开展生态矿物学研究。铁氧化物矿物的吸附作用存在多种机制,这些吸附机制发生作用的条件主要取决于溶液化学性质和吸附质的理化性质。批处理实验研究表明,苯酚吸附在酸性微酸性条件下不强,吸附等温线符合Langmuir方程,属于表面分子吸附模型;DOM的吸附强并发生吸附分异,配体交换、憎水键和范氏力等多种模式并存,在酸性中性条件下对DOM在针铁矿上的吸附起着重要贡献。本文实验条件下DOM吸附等温线近于线性,不能采用Langmuir方程拟合,可能原因是DOM浓度较低。矿物表面荷电性对吸附影响显著,例如,当矿物表面净电荷为零(pH=pHpzc)时,矿物表面水化膜减薄甚至消失,苯酚分子、憎水DOM分子或片断都会倾向于在矿物表面上吸附。由于苯酚吸附机制单一,其受到的影响很明显,所以苯酚在pH值7～8范围内出现吸附最大值;由于配体交换作用主要发生在酸性微酸性条件下,所以在本文pH值约7.5的实验条件下,尽管配体交换仍在发生作用,但它不是主要吸附机制,针铁矿对DOM吸附的主要贡献应是憎水键和范氏力作用,此外,DOM吸附等温方程近于线性还可能与此有关。显然,铁矿物表面作用在对有机质含量低而铁矿物含量高的红壤中污染物和DOM的固定与归宿控制中扮演着重要的角色。     

DOM不同分子质量组分对石英砂吸附卡马西平的影响研究

为探究溶解性有机质(DOM)不同相对分子质量组分对药物和个人护理品(PPCPs)类污染物吸附过程的影响,以卡马西平(CBZ)为目标污染物,以石英砂代表无机矿物,用商用腐殖酸(HA)制备DOM并进行超滤分级,然后开展吸附实验,并采用荧光光谱和红外光谱表征等手段,研究了DOM不同分子质量组分对石英砂吸附CBZ的影响及机制。结果表明,以3 000和10 000的超滤膜进行分级后的不同相对分子质量HA结构有明显差别,大分子质量HA中苯环等疏水性结构以及羟基的含量较多,芳香构造化程度高,多为分子量较高、稳定性较好的疏水性有机物,但中、小分子质量HA结构差异不大,含有更多羰基、羧基等含氧官能团,主要是一些分子质量较小的亲水物质; DOM不同分子质量组分对CBZ在石英砂上的吸附有明显影响,其中大分子质量组分促进吸附,而中、小分子质量组分抑制吸附,原因在于大分子质量组分可疏水结合于矿物表面,增加介质表面的活性吸附位点,同时其芳香性或脂肪性结构可与CBZ的疏水基团发生疏水作用共吸附或累积吸附于介质表面,从而促进CBZ的吸附;而中、小分子质量DOM的极性官能团可与CBZ酰胺部分通过极性作用结合,对CBZ分子有增溶作用,从而抑制吸附。     

GCL对垃圾渗滤液中阳离子和有机质的吸附能力

通过对渗透前后垃圾填埋场渗滤液进行化学成分的测定和分析,研究了GCL的吸附能力及其变化规律,并采用X射线荧光光谱分析对试验结果进行了验证。研究结果表明在渗透过程中GCL对渗滤液中的有机物和阳离子存在吸附作用,水化液对GCL的吸附能力有一定影响;在渗透开始阶段,GCL对垃圾渗滤液中阳离子和有机物的吸附能力比较强,而后逐渐达到吸附饱和状态而丧失吸附能力,因此用GCL作为防渗屏障,主要是依靠其低渗透特性,而非其对溶液中有机质和有害离子的吸附作用。通过对膨润土进行X射线荧光光谱分析也发现:经过渗透后的膨润土中除常见氧化物外,还有来自渗透液中被吸附的物质,但含量不大。     

Occurrence of naphthalenesulfonates and their condensates with formaldehyde in a landfill leachate and their transport behavior in groundwater of the Upper Rhine Valley, Germany

. Naphthalenesulfonates and their condensation products with formaldehyde are manufactured in the chemical industry for broad application as tanning agents, dispersing agents, and as superplasticizers for concrete. With the disposal of waste they have found their way into the aquatic environment. Five monomeric naphthalenesulfonates and a group of dimeric sulfonated naphthalene-formaldehyde condensates (SNFC) were identified in the leachate and in groundwater observation wells downstream in the plume of the Karlsruhe-West landfill, situated in the Upper Rhine Valley in southwest Germany. For the main monomer of technical SNFC products, 2-naphthalenesulfonate (2-NS), the concentration in the leachate was 170 µg l^–1, which decreased to 9.5 µg l^–1 at a distance of about 300 m from the boundary of the landfill. In the Merdingen tracer test field, the transport of these compounds was studied under more controlled conditions in two tracer experiments with (1) two model compounds, and (2) a technical SNFC product and uranine as a reference tracer. In these experiments, the monomeric naphthalenesulfonates and the SNFC with n=2 behave as conservative tracers. Thus, the findings of the landfill study were supported by these results. Higher molecular SNFC were strongly retarded, which is attributed to adsorption to soil particles. The results of the second tracer experiment suggest a degradation of 2-NS and 2,6-naphthalenedisulfonate (2,6-NDS) after adaptation of the microorganisms in the groundwater aquifer as a consequence of the first tracer experiment.     

天然与改性膨润土组合处理难生物降解垃圾渗滤液的实验研究

以北京市阿苏卫垃圾填埋场中晚期渗滤液为研究对象,通过正交实验的方法分析了改性土、原土、明矾、改性土加明矾等的用量及搅拌速度、搅拌时间、静置时间等因素对垃圾渗滤液CODcr去除率的影响。通过对改性土、原土、明矾处理垃圾渗滤液的机理进行分析后,将改性土、原土分别用来处理垃圾渗滤液中可溶性物质中的疏水性物质和亲水性物质,并结合明矾的絮凝作用组合处理垃圾渗滤液。处理后垃圾渗滤液CODcr值从4700mg/L明显下降到839mg/L,CODcr去除率为82.15%,BOD5从700mg/L下降到263mg/L,BOD5去除率为62.43%。有机改性膨润土、明矾、原土组合处理是一种有效的处理垃圾渗滤液方法。     

基于微孔充填模型的页岩储层吸附动力学特征分析

微孔填充是吸附质分子在吸附剂纳微孔隙中、较高平衡压力下表现出来的一种吸附特征,以此为基础发展起来的热
力学理论在确定吸附剂微观结构及吸附性能研究方面起到了巨大推动作用。基于此,该文重点探讨了甲烷在页岩中吸附时
填充率θ、特征能量E、特征系数n、微分吸附功A 、吸附热Q、吸附焓ΔH 及吸附熵ΔS 的变化关系。结果表明：特征系数n
取1较为适当;温度升高特征能量E 值略降,3组样品E 值范围4.14~5.63 kJ/mol;随着θ 的不断增加,A ,Q ,｜ΔH ｜及｜
ΔS ｜等参数值逐渐降低,各能量参数随吸附进行而发生较为规律的变化,无突变。结果认为,热力学参数一定程度上代表
了TOC 及Ro 等参数的综合效应,受单一因素干扰性不强。将计算的Q 及ΔS 等热力学参数与四川盆地志留系龙马溪组页岩的
相应参数进行了对比,进一步表明四川盆地该套龙马溪组页岩具有巨大的页岩气勘探和开发潜力。     

河北保定典型污灌区土壤Cu吸附特性研究

我国部分地区土壤污染形势严峻,主要表现为Cu等重金属元素严重超标。污水灌溉以及含Cu饲料过量使用等不合理的农业生产方式是导致Cu在耕地中富集的主要因素,严重威胁粮食安全和人类健康。以河北保定典型污灌区为研究区,通过静态吸附批量实验探究土壤吸附Cu的动力学和热力学特性。吸附动力学模型和等温吸附经验模型中得到的参数一致表明,表层土壤S1对Cu的吸附能力强于底部土壤S2。S1的有机质含量高于S2,提供了更多的表面吸附点位,这可能是导致土壤S1对Cu的吸附能力更强的原因之一。离子强度对土壤Cu吸附率的影响较小。溶液pH和溶解性有机物(DOM)含量对土壤Cu吸附率的影响明显,pH值与吸附量呈正相关,DOM浓度与吸附量呈负相关。由于土壤对pH有很强的缓冲能力,短时间的酸雨可能不会导致Cu的迁移。施用有机肥时,有机肥浸出液中高浓度的DOM可能会与Cu形成水溶性Cu-DOM络合物,促进Cu在土壤中的迁移,导致浅层地下水污染。     

垃圾填埋场污泥灰改性黏土衬垫的强度特性及微观结构

为评价污泥灰改性黏土作为填埋场衬垫防渗材料的可行性,分析污泥灰改性黏土强度特性及孔隙结构,针对受垃圾渗沥液腐蚀的纯黏土与污泥灰掺量为1%～5%的改性黏土,采用直接剪切试验分析其抗剪强度变化规律,采用低温氮气吸附试验分析剪切变形后试样的孔隙结构组成。结果表明,改性黏土属于VI型等温线,并存在H3型滞后环,且2～6 nm介孔的数量占比较大。受垃圾渗沥液腐蚀后,黏土抗剪强度大幅下降,黏聚力与内摩擦角分别下降60.12%和19.17%;黏土的最大氮气吸附量降低16.19%,且孔隙分布双肩峰发育不完全;随污泥灰添加量的增加,改性黏土抗剪强度增大,且孔隙分布逐渐恢复双肩峰形式,总孔容增大。     

瓦斯压力对煤系页岩瓦斯吸附特性影响核磁共振谱试验研究

瓦斯压力是影响煤系页岩瓦斯吸附特性的关键因素。以阜新高瓦斯矿井清河门矿煤系页岩为研究对象,采用低场核磁共振（NMR）谱技术,通过向放有试样的夹持器中不断充入瓦斯,模拟煤系页岩瓦斯集聚赋存过程。以核磁共振T2谱幅值积分作为反映瓦斯吸附量定量化指标,从微细观角度定量研究瓦斯压力对吸附态和游离态瓦斯量影响规律。试验结果表明,（1）两个截止阈值确定了吸附态和游离态瓦斯T2谱曲线范围;（2）瓦斯压力对煤系页岩吸附态和游离态瓦斯增量均有显著影响。吸附态瓦斯增量变化受控于煤系页岩和瓦斯分子间作用力,而游离态瓦斯增量则主要与煤系页岩孔隙结构有关;（3）吸附态瓦斯量与瓦斯压力间关系符合朗格缪尔等温吸附方程,而游离态瓦斯与瓦斯压力呈3次函数关系;（4）以瓦斯T2谱均值变化幅度定量描述孔隙平均半径扩胀变形程度,随瓦斯压力增加,煤系页岩中～大孔隙结构均发生显著扩胀,平均半径增加1.47倍,而微孔隙结构尺寸未见明显变化。     

垃圾渗滤液水溶性有机物对污染土壤中重金属Pb迁移性的影响

采用土柱淋滤试验研究了不同填埋年限的垃圾渗滤液DOM在土壤中垂直迁移及其对土壤重金属Pb淋滤溶出的影响。结果表明,不同填埋年限(0.4~5.12 a)的垃圾渗滤液DOM在土壤中垂直向下的迁移速率存在差异,填埋时间短的垃圾渗滤液DOM在土壤中迁移性较强。与对照相比(不加渗滤液DOM),垃圾渗滤液处理对红壤中土壤重金属Pb的累积解吸率高74.25%;在潮土上高-38.79%,且垃圾填埋年限中期的渗滤液DOM对土壤重金属的溶出影响更显著,说明垃圾渗滤液DOM进入土壤环境对重金属的迁移有促进作用。