基于电化学阻抗谱测试方法研究四氢呋喃水合物的生成和分解过程

含水合物沉积物的电学性质极为复杂且影响因素众多,目前所采用的电阻率参数尚不能充分刻画含水合物沉积物的电学特性。本文提出应用电化学阻抗谱法对四氢呋喃水合物的生成和分解过程进行测试,采用等效电路模型拟合阻抗谱,通过分析等效电路元件参数的变化规律研究水合物生成和分解过程的阻抗谱特征。研究发现:1四氢呋喃水溶液测试体系的电化学阻抗谱可用传荷与扩散共同控制的电极过程的等效电路进行拟合;2在降温、水合物生成前和生成后的过程中,电荷传递电阻和韦伯阻抗能够显著地反映以上三个过程的转换;3升温过程中各电路元件参数总体变化趋势与降温过程相反。研究表明电化学阻抗谱测试法是研究水合物的电学性质及其生成和分解过程动力学机理的一种有效方法,等效电路元件参数能够从不同的角度揭示水合物生成和分解过程的内在信息。     

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。     

沉积物孔隙空间天然气水合物微观分布观测

在高分辨率工业型X射线层析扫描仪上（X-CT,X-Ray Computerized Tomography）,研制了适用于沉积物中水合物微观赋存状态研究的CT原位探测装置,可通过模拟天然气水合物生成/分解过程,直接观测水合物在沉积孔隙中的微观分布特征.对粒径为0.425~0.85 mm沉积物中水合物形成过程进行了CT观测研究,结果表明,沉积孔隙中水合物呈混合分布模式,但在水合物不同形成阶段,以某种分布模式为主导：在水合物形成初期,仅有极少量水合物悬浮在流体中,水合物主要以接触或胶结模式为主;在水合物形成中期（如饱和度为24.6%、35.0%时）,水合物倾向于在孔隙流体中以悬浮状形态生成;在水合物形成后期（如饱和度为51.4%之后）,悬浮状的水合物慢慢生长聚拢在一起,水合物又重新胶结沉积物颗粒.     

祁连山冻土区天然气水合物气体组分的气相色谱法测定

建立了气相色谱法测定祁连山冻土区天然气水合物C1-C5气体纽分的分析方法,对比研究了单点法与多点法校正、外标法与外标归一化法定量。以及顶空法与排水法2种气体收集方式的区别。结果表明：顶空法制备、单点法校正、外标归一化法定量计算为气相色谱法测定天然气水合物气体组分的最佳方法。方法相对标准偏差（ILSD）为0-1．06％,检出限为0．0003％-0．0127％。通过对祁连山冻土区DK一2孔10个天然气水合物样品的测定,发现C,含量为60．64％-78．76％,C：含量为8．99％-13．60％,C3含量为6．58％-21．24％,C4和C5含量较少,可见c,气体组分含量丰富,具有较低的C1／C2＋比值（1．5-3．7）,显示出明显的热解气特征。关键词：祁连山冻土区;天然气水合物：气体组成;气相色谱法     

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。     

痕量物质的海——气相互作用

物质的海－－气交换对大气和海洋中痕量元素生物地球化学造成影响。本文阐述了痕量物质的海－－气相互作用的过程，机理及其长距离输送与气象学的关系。     

河口生物地球化学研究

河口区由于其水环境中物理、化学、地质及生物过程的复杂性与特殊性,其生物地球化学研究与开阔海洋相比有很大差异。过去的研究集中在对河口化学元素的测量。分析及其与河流之间的对比上,并由此产生了一批突出的成果,提出了一些描述河口生态－地球化学系统的理论,然而。关于河口生物地球化学的模式研究至今仍相当薄弱。     

超声探测技术在天然气水合物模拟实验中的应用

为了解不同介质中天然气水合物的声学特性,在特制的高压反应釜中分别进行了纯水、松散沉积物和岩心中甲烷水合物的生成和分解的模拟实验,同时应用超声技术进行了探测。在纯水-甲烷体系中,声波速度的变化主要受温度的制约,水中生成的絮状水合物并没有使声波速度发生明显变化;在纯水-松散沉积物-甲烷体系中,声波速度和系统主频的变化灵敏地反映出体系内水合物的生成和分解;在纯水-岩心-甲烷体系中,随着水合物的生成,纵波速度、横波速度以及纵波幅度均增大,这说明纵波和横波的速度随着孔隙度的减小而增大,而纵波幅度的衰减则随着孔隙度的减小而减小。实验结果显示,超声探测是天然气水合物模拟实验中的一项有效的探测技术。     

分形理论在天然气水合物研究领域的应用

天然气水合物作为一种潜在的替代能源和环境扰动因素,相关研究仍然面临着水合物储层微观结构量化表征不足的问题,而分形理论为此提供了良好的思路与手段。首先介绍分形理论基础,然后对分形理论在水合物研究领域的应用情况进行综述,接着概述含水合物沉积物有效孔隙分形理论,最后对研究进展进行总结并展望未来分形理论在水合物研究领域的可能方向。