CO_2水合物海水淡化流程实验研究

利用自行研制的水合物海水淡化装置,进行了添加R141b的CO2水合物海水淡化技术研究,实现了不同级别的海水淡化,并初步探讨了不同流程海水淡化的经济能耗。实验结果表明,所得一至三级淡化水的多项离子浓度指标满足饮用水标准,四级淡化水的指标均优于饮用水标准。利用该技术得到137 mL盐度为4.5‰的淡化水,能耗为0.092 kWh,耗时11.5 h;而得到80 mL盐度仅为0.3‰的淡化水时,能耗则增加为0.743 kWh,耗时33 h。三级淡化流程产量较高,盐度较低,可在兼顾能耗的前提下得到纯度较高的淡化水,是该技术比较理想的淡化流程。     

水合物生成过程中碳同位素组成变化的实验研究

天然气水合物是一种新型的洁净能源。甲烷天然气水合物是储量最丰富的一种类型,常出现在深海中或极地大陆上,其生成的过程中会发生同位素的分馏效应。通过实验室模拟水合物生成的过程,利用天然海水与甲烷或二氧化碳气体反应,以及更接近实际生成环境的甲烷-海水-沉积物动态聚散实验,对甲烷水合物和二氧化碳水合物生成前后δ13C值进行测定,研究水合物生成过程中δ13C的变化情况。实验证明,水合物反应中碳同位素分馏是存在的,其变化程度明显小于氧同位素和氢同位素。甲烷水合物碳同位素的分馏系数αC的值为1000 3~1000 9。二氧化碳水合物生成反应后气相的碳、氧同位素变轻,重同位素趋向于进入水合物中,二氧化碳水合物碳同位素的分馏系数αC的值为1000 7~1001 2。海水中溶解的CO2气体在甲烷水合物形成过程中会被水合物捕获,从而使得δ13CDIC值变小,重的碳同位素趋于进入水合物中,而较轻的碳同位素留在海水中。但由于海水中含有的溶解CO2气体有限,经过多轮水合物动态聚散后δ13CDIC值的变化幅度会越来越小。     

甲烷水合物生成过程中海水常量离子浓度的变化规律

本文自行研制了一套甲烷水合物合成装置,模拟海洋环境甲烷水合物的生成过程,对该过程水合物生成位置、形态、反应时间、环境温压条件进行观测,同时连续测试体系海水中常量离子K+、Na+、Ca2+、Mg2+、C1-、SO42-的浓度及海水盐度,探讨水合物生成过程的温压变化及离子浓度变化之间的关系和离子浓度的变化规律.结果表明,海水中甲烷水合物生成具有很大的随机性,在相同的初始条件下可能有不同的水合物成核、聚集过程;甲烷水合物在生成过程中,耗气量不断增加,孔隙水的盐度和海水中常量阴阳离子的浓度也在不断增加,这种变化具有较高的线性相关性(相关系数为0.9848～0.9950),且不受甲烷水合物生成位置及状态的影响;在水合物生成过程的微环境下耗气量相同时,离子浓度存在细微的差异.这些特征为通过测定海底水合物周围孔隙水中常量离子的浓度初步推算水合物的甲烷耗气量提供了依据.     

拉曼光谱法定量测定水合物-水体系中的硫酸根

硫酸根含量是天然气水合物孔隙水中重要的参数之一,硫酸根与水合物的赋存关系已成为天然气水合物地球化学异常研究的重要组成部分。为了更深入地了解硫酸根浓度异常产生的原因和机制,建立一种实时、快速的测定方法就显得尤为重要。本文利用自行设计的天然气水合物反应装置,建立了海水中硫酸根在高压低温环境下的拉曼光谱定量测定方法。硫酸根的浓度(ρ)在2.0~70.0 g/L范围内,与其拉曼光谱参数(R)有良好的线性关系,线性回归方程为R=0.0013ρ-0.000066,相关系数r=0.9998。方法检出限为0.2 g/L(约238μg/mL),精密度(RSD,n=12)为2.5%~3.4%,回收率为102.1%~123.8%。结果表明,采用拉曼光谱法可在线检测天然气水合物-水体系中硫酸根的浓度变化;相对于离子色谱法,具有不破坏原样品和方便快捷等优点。通过对硫酸根浓度变化的初步分析,发现其浓度呈阶梯状升高,认为天然气水合物的形成是一个气体溶解-成核-生长反复进行的过程,直至整个反应体系达到平衡。