气体吸附过程肥煤纳米孔隙原位变形规律及机理

纳米孔隙是煤中气体的主要吸附位点,直接影响煤中气体吸附、解吸和扩散能力。本文利用自行研制的基于小角X射线散射技术(SAXS)的气体高压吸附解吸装置和同步辐射小角X射线散射实验站,探究不同气体种类(CH4、CO2、N2)及气体压力对吸附过程煤体纳米孔隙变化特征的影响。使用Materials Studio软件采用巨正则蒙特卡罗模拟方法,使用Sorption模块进行3种气体的吸附模拟,设置0.5、1.0、2.0、3.0、5.0 nm 5种狭缝孔隙尺寸的吸附体系,进一步探究纳米孔隙、吸附压力、吸附气体种类和相互作用能之间的内在联系,揭示气体吸附过程肥煤纳米孔隙原位变形机理。研究表明:在1.0 MPa的吸附压力作用下,煤体吸附CH4、CO2和N23种气体时,煤体孔隙率最大值依次为19.57%、20.24%、19.37%,煤体比表面积最大值依次为9.83、10.53、8.84 m2/g,吸附CO2气体时对煤体孔隙率及比表面积影响最大。探究煤体吸附CH4气体时,气体吸附压力与煤体的孔隙率和比表面积呈正相关。伴随煤纳米孔隙的增加,削弱了煤大分子与气体分子间的相互作用力,相互作用能呈现减小趋势;且在2 nm的同一纳米孔隙尺寸的吸附模拟体系中,CO2气体与煤大分子间的相互作用能明显大于CH4和N2,且3种气体分子的吸附势能由高到低依次为:CO2>CH4>N2,进一步揭示了相互作用能与纳米孔隙变形的内在关系。

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本文档关键词:孔隙,吸附,变形,纳米,气体