低温氮吸附法和高压吸附甲烷法研究煤的吸附能力

选取几组不同变质程度的煤样(无烟煤、贫煤、瘦煤、焦煤、肥煤、褐煤),在液氮温度下,通过测试煤样在气体饱和蒸气压力范围内对N2的吸附过程及吸附量,绘制低温氮吸附下的Langmuir吸附曲线综合图;同时,对煤样进行高压等温吸附甲烷试验。结果表明,这几组不同变质程度煤低温氮吸附的能力依次为:无烟煤>肥煤>瘦煤>褐煤>贫煤>焦煤,高压吸附甲烷的能力为:贫煤>无烟煤>褐煤>肥煤>瘦煤>焦煤。经过比较分析,在高压条件下,二者的吸附量是有差别的。     

CO 2和CH 4在煤基质表面竞争吸附的热力学分析

利用煤表面自由能变化值和等量吸附热评价了25、30、40 ℃条件下CO₂在煤层中优先吸附性以及CO₂与CH₄竞争吸附机理。煤吸附CO₂后的表面自由能变化值要普遍大于煤吸附CH₄后的表面自由能变化值,揭示了单位面积煤基质表面对CO₂吸附量要高于对CH₄吸附量的热力学本质;通过变换CO₂和CH₄的等量吸附曲线,得到煤样对CO₂和CH₄的初始等量吸附热值Q_st0分别为48.2 kJ/mol和33.4 kJ/mol,揭示了煤对CO₂的吸附作用力要强于CH₄,并且煤对CO₂的等量吸附热随吸附量的增加呈现增加趋势,与吸附气体分子间的相互作用力相关,表明CO₂在煤基质表面存在多分子层吸附。     

不同煤阶煤孔隙结构分形表征及其对甲烷吸附特性的影响

煤储层中孔隙结构的发育程度决定了煤体瓦斯的吸附性能,通过低温液氮吸附实验测试了长焰煤、焦煤和无烟煤3种不同变质程度煤样的孔隙结构;基于分形理论对孔隙结构进行了量化表征,并结合煤的甲烷等温吸附实验,深入分析了不同变质程度煤孔隙结构对甲烷吸附特性的影响。结果显示：变质程度与孔隙分形维数D₁呈现出“浴盆式”变化规律,与分形维数D₂符合线性负相关关系;而煤样的微孔比表面积和孔容均与吸附常数a呈正相关关系,即微孔比表面积和孔容越大,煤的吸附能力越强;随着孔隙分形维数D₁的增加,吸附常数a呈现出近似线性增长趋势,煤体孔隙结构越不光滑,比表面积也会越大,从而使得煤的甲烷极限吸附量也会有所升高。     

无烟煤基质表面CO2和CH4的吸附热力学分析

以四川煤田无烟煤为研究对象,采用高精度智能重量吸附仪测定了288、308、328 K 3个温度下CO_2和CH_4的吸附等温线,分析了CO_2和CH_4在煤基质表面的吸附热力学特性。结果表明:CH_4的亨利常数低于CO_2,CH_4在煤基质表面的吸附亲和力较弱;温度可以降低亨利常数,进而减弱CO_2和CH_4与煤的相互作用;CH_4的负值的吉布斯自由能变和表面势能大于CO_2,CO_2在煤上吸附的自发性更高,吸附也更容易;随着压力增大,负值的吉布斯自由能变和表面势能逐渐减小,高压更有利于气体的吸附;CO_2的等量吸附热和熵变随吸附量的增加呈现增加趋势,而CH_4的等量吸附热和熵变随吸附量的增加呈现降低趋势;CO_2的等量吸附热和熵变大于CH_4。     

煤体理化结构特征及其对瓦斯吸附热力学的影响

为研究煤的理化结构特征及其对瓦斯吸附热力学的影响,通过低温液氮吸附实验和傅里叶红外光谱实验对煤的理化结构进行了表征,采用等温吸附实验测定了不同温度下贫煤和长焰煤的瓦斯吸附曲线,利用Langmuir模型和Freundlich模型分别对吸附数据进行了拟合,并基于2种模型计算了吸附热力学参数△G°。研究结果表明:基于Freundlich模型的吸附△G°适合描述瓦斯吸附热力学特性,不同温度下煤对瓦斯的吸附均为自发过程;长焰煤的孔隙结构更有利于吸附过程的进行,而贫煤的表面化学结构更有利于瓦斯的吸附;煤对瓦斯的吸附量受煤体孔隙结构及表面化学官能团的共同作用,吸附△G°可较好的体现煤体孔隙结构特征的差异,结合吸附量和吸附△G°可更全面地评价不同变质程度煤对瓦斯的吸附性能。     

不同变质程度煤的孔径分布及其对吸附常数的影响

为研究煤的纳米级（<100 nm）孔径对吸附常数的影响,对9种不同煤样的孔径分布和吸附常数进行测试,测试结果表明：煤的变质程度越高,吸附常数a值越大,吸附常数a值随着煤变质程度的降低呈现出线性减小的趋势。煤的变质程度对大孔（>1 000 nm）孔容的影响较大,对微孔（<10 nm）比表面积的影响较大。采用曲线相似度法分析吸附常数a和b的主导因素,结果表明：纳米级孔比表面积决定煤的吸附能力,吸附常数a随着纳米级孔比表面积增加呈线性增加;纳米级孔的容积决定煤的吸附速率,吸附常数b随着纳米级孔容积的增加亦呈线性增加。     

多因素影响下煤层吸附甲烷特性试验研究

为研究温度、含水量、粒径、变质程度4个因素对煤吸附甲烷特性的影响,应用正交试验设计,采用吸附常数测定仪进行甲烷吸附试验,运用多因素方差分析、多元回归分析方法得到Langmuir吸附常数a、b与各因素的关系及吸附常数a随多因素变化的关系式。试验结果表明:多因素影响下煤样吸附甲烷过程满足Langmuir单分子层吸附理论;各因素对Langmuir吸附常数a、b的大小均有影响,但影响程度存在差异,各因素对吸附常数a的影响程度由大到小依次为变质程度、温度、粒径、含水量,对吸附常数b的影响程度由大到小依次为变质程度、含水量、温度、粒径;吸附常数a与变质程度的变化呈正相关,与温度、含水量、粒径的变化呈负相关,吸附常数b与变质程度的变化呈正相关,与温度变化呈负相关,随粒径、含水量变化呈阶段性变化。通过对煤吸附甲烷多因素影响分析,为进一步研究煤体吸附甲烷特性提供理论基础,同时为井下开采过程中实施防突措施提供了理论指导。     

不同破坏类型煤的吸附热力学特性分析

采用不同破坏类型煤作为研究对象,对不同温度下煤对甲烷吸的附量进行测试,并采用吸附焓及吸附自由能进行分析,结果表明:同一破坏类型煤随着温度的升高,煤对甲烷的吸附量逐渐减小,同一温度下,随着破坏类型的升高,煤对甲烷的吸附量逐渐增大;在一定吸附量的条件下,煤样的破坏程度越小,发生吸附所需要的吸附热越大。随着温度的降低,吸附自由能呈现减小的趋势。吸附自由能值越小,吸附越容易发生。为衡量不同破坏类型煤的吸附性能奠定了理论基础。     

构造煤与原生结构煤吸附放散特征研究

本文研究了5对矿井的两种煤样的吸附与放散特性。吸附实验发现构造煤与原生结构煤相比吸附量有所增加,但增加幅度不大,且这种变化的幅度随着变质程度降低而逐渐变大。构造煤煤样的Langmuir吸附常数"a"值均比原生结构煤较大,变化幅度约为1%~4%,而"b"值却没有明显的变化规律。对比原生结构煤与构造煤的煤体表面吸附自由能估算结果得知大部分构造煤样的比表面自由能有所提高,吸附的表面活性增大。瓦斯放散实验发现,构造煤的瓦斯放散初速度变化相对较大,除麒麟矿外,变化幅度在14%~25%之间。这说明构造煤具有更强的放散瓦斯能力。在长期的地质应力作用下,构造煤煤体更加破碎,不仅吸附能力得到了一定的提高,瓦斯能更加顺利的放散。这也是地质构造带具有更大的瓦斯突出危险性的一个原因。     

原生结构煤与共生的构造煤物性差异

为了研究原生结构煤及与其共生的构造煤之间的物性差异,对沁水盆地某矿的3#煤层的3个分层分别进行了孔隙率、孔径分布、比表面积及吸附常数测定。结果表明:随着煤破坏程度增加,煤的真、视密度和孔隙率变大,挥发分减少,变质程度加深;构造作用对煤的渗透容积影响较大,对吸附容积影响较小;煤比表面积以吸附孔占绝对优势,受构造作用影响较小;随着煤破坏程度加深,吸附常数a、b值增加。     

基于吸附势理论的煤对N_2吸附特性的研究

利用ASAP2020比表面积分析仪研究了阳泉煤在液氮浴(77K)条件下对N2吸附特性,根据该温度下的吸附等温线确定出ε-ω吸附特性曲线,同时根据Langmuir单分子层吸附模型和BET多分子层吸附模型得出了完全相同的ε-ω吸附特性曲线,表明ε-ω吸附特性曲线与煤对N2吸附的吸附模型无关。因此可以根据ε-ω吸附特性曲线确定不同温度下的吸附等温线。     

吸附势理论在煤层甲烷吸附中的应用

本文根据不同温度下实测的等温吸附数据，以吸附势理论为指导，首先建立吸附特性曲线及其数学表达式，在已知一组等温吸附数据时计算任一温度下的吸附等温数据，为储层条件下的含气量预测提供了方法。柳林、阜新和沁水盆地东南部煤的等温吸附实验数据说明吸附势理论完全可以运用到描述煤这种特殊的非极性碳质材料对甲烷的吸附。     

吸附等温式在重金属吸附性能研究中的应用

研究氨基淀粉（CAS）、二硫代氨基改性淀粉（DTCS）、壳聚糖（CTS）、二硫代氨基改性壳聚糖（DTC-CTS）4种吸附剂对铜、铅、锌3种重金属离子的吸附性能．应用吸附等温式考察4种吸附剂对重金属的吸附选择性。结果表明，对于4种吸附剂，Langmuir-Freundlich等温式的计算结果与试验结果可以较好地吻合．与单因素Langmuir等温式的计算结果联合．可以预计多组分体系的吸附选择性，从而在实际工艺中可以大大节省试验步骤。     

甲烷在页岩上的吸附等温过程

为了从热力学角度研究页岩吸附甲烷的机理,通过容积法测定35,50和65℃时,0~12MPa下甲烷在页岩上的吸附等温线,采用考虑吸附相体积的修正Langmuir模型处理实验数据,并根据Clausius-Clapeyron方程和vant Hoff方程计算甲烷在页岩上吸附时的等量吸附热和极限吸附热。结果表明:甲烷在页岩上的吸附等温线具有Ⅰ型吸附等温线特征,修正Langmuir吸附模型较好地拟合了吸附数据,拟合的平均相对误差小于4.1%。根据等量吸附线计算的等量吸附热为11.67~16.62 kJ/mol,平均14.58 kJ/mol,说明页岩对甲烷的吸附为物理吸附,并且等量吸附热随甲烷吸附量的增大而非线性递减,表明页岩表面能量的不均匀性,甲烷分子优先吸附在页岩表面的高能吸附位。由vant Hoff方程计算甲烷在页岩上的极限吸附热为23.91 kJ/mol。     

不同吸附气体对煤的渗透率的影响

对电容器的内外部故障及对应的保护方式进行了分析,明确了现行电容器保护的整定原则,从一、二次设备协调一致的角度对电容器不平衡型继电保护进行了分析比较,给出了该类保护的选型技术原则。文章分别以CH4,CO2及He为吸附气体,进行了相同实验条件下煤的三轴渗流实验,分析和探讨了上述气体对煤的渗透率的影响规律,实验结果对研究煤矿瓦斯抽放与瓦斯突出具有一定的现实意义。     

有机蒙脱石处理苯胺废水实验研究

以季铵盐阳离子表面活性剂作为改性剂,制备有机膨润土,用X-射线粉末衍射(XRD)分析有机改性蒙脱石结构特征。实验研究了有机膨润土对水溶液中苯胺的吸附作用,比较了原土与有机改性膨润土对苯胺的吸附效果,探讨了吸附时间、介质pH值等因素对吸附的影响,以及有机膨润土对苯胺的吸附机理。实验表明:有机土对水溶液中苯胺的吸附作用明显优于原土,具有良好的吸附效果,实验条件下对苯胺的去除率可达80%以上。     

有机膨润土吸附丁基黄药试验研究

以钠基膨润土为原料制得有机膨润土,采用红外光谱对有机膨润土进行表征。研究了有机膨润土用量、吸附时间、温度及p H值对有机膨润土吸附丁基黄药效果的影响,并结合吸附动力学模型研究有机膨润土对丁基黄药的吸附特性。结果表明,在有机膨润土用量为1.4 g/L,p H值为9,温度30℃,吸附时间20 min时有机膨润土对黄药的吸附率为96.06%,且有机膨润土对丁基黄药的吸附过程更适合采用二级吸附动力学方程进行描述。     

蛇纹石吸附含氟地下水试验研究

以辽宁阜新含氟地下水为研究对象,采用室内静态试验方法,进行了蛇纹石吸附含氟地下水试验研究。结果表明,对于氟离子质量浓度5 mg/L的200 m L含氟地下水,在反应温度30℃,pH值为6.0,反应时间为2 h,振荡速度为150 r/min条件下,400 mg蛇纹石对氟离子吸附效果最佳,吸附容量可以达到2.326 mg/g,对氟离子去除率达到95.49%。蛇纹石对氟离子的吸附较好地符合Freundlich吸附等温模型,吸附过程符合准二级动力学模型。     

硅藻土提纯及其吸附性能研究

采用焙烧和酸浸法对硅藻土进行了提纯处理，通过SEM和XPS测试手段对提纯前后的硅藻土进行了表征；研究了硅藻土对罗丹明B溶液的吸附性能。结果表明，提纯后的精硅藻土的比表面积显著增大，吸附性能明显提高；水溶液中罗丹明B在硅藻原土和精土上的吸附都符合Freundlich等温吸附方程。