表面活性剂吸附对促进甲烷水合物生成效果的影响

基于表面活性剂固-液界面吸附理论,在无搅拌条件下研究了十二烷基硫酸钠(SDS)、脂肪醇聚乙烯醚硫酸钠(AES)、脂肪醇聚乙烯醚(AEO)3种表面活性剂在不锈钢反应釜中对甲烷水合物生成的促进效果。结果表明:水合物的生成形态与表面活性剂吸附金属表面形态有良好的对应关系;SDS与AES在金属表面的吸附作用可使水合物成核速率提高,成核位置增多。由于AEO不能在金属壁面发生吸附,导致对水合物生成促进效果降低,在浓度为300 mg·L~(-1)的SDS、AES和AEO溶液中,水合物储气密度及平均储气速率分别为131.4、128.3、12.3(体积比)和5.8、7.6、0.07 mmol·min~(-1);逐步提高SDS溶液浓度(80~1200 mg·L~(-1))和AES溶液浓度(60~1350 mg·L~(-1)),水合物储气密度首先增大然后减小,储气速率线性增大。因此,合理选择表面活性剂种类及浓度,可显著促进水合物生成。     

表面活性剂的酸碱度对甲烷水合物生成的影响

针对甲烷水合物的快速制备,在初始压力7MPa和恒温2℃条件下采用脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)阴离子表面活性剂和烷基多糖苷(APG1214)非离子表面活性,通过改变表面活性剂溶液的酸碱性,观察不同pH值对水合物的促进能力,并以表面活性剂分子吸附理论为基础进行分析。结果表明,在pH=3强酸条件下,水合物在气-液界面处先形成晶核,阻碍了气液继续接触,储气密度最低;在pH=11强碱性条件下,晶核在固-液界面处成核,水合物生成速率最高,储气密度最大。     

静态条件下表面活性剂促进HCFC–141b水合物生成

为了研究不同类型表面活性剂对HCFC–141b (CH3CCl2F)水合物生成的影响,在静态条件下研究了脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO–9)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)和吐温80(Tween80) 3种表面活性剂对HCFC–141b水合物形成诱导时间、生成速率和蓄冷量的影响。结果表明过冷度越大,越有利于水合物的生成。AEO–9、AES和Tween80的最佳添加量分别为w=2.5%、0.1%和2%,在0.2℃实验条件下对应的HCFC–141b水合物生成诱导时间分别为63、67和89 min,该条件下HCFC–141b水合物的蓄冷量分别为167.74、122.47和202.73 kJ×kg~(-1),水合物平均生成速率分别为3.97、2.70和4.12 kJ×kg~(-1)min~(-1)。AEO–9有利于HCFC–141b水合物成核,Tween80更有利于水合物生长和提高蓄冷密度。非离子表面活性剂AEO–9和Tween80促进HCFC–141b水合物生成机理主要是胶束理论,而阴离子表面活性剂AES对HCFC–141b水合物形成促进主要是吸附作用,AEO–9和Tween80对HCFC–141b水合物生成的促进作用比AES好。     

泡沫铜强化甲烷水合物生成动力学实验研究

提高水合物生成速率和储气密度对天然气水合物技术应用非常重要。将三种孔密度的泡沫铜（CF）分别浸入十二烷基硫酸钠（SDS）溶液中构建水合储气强化体系,在高压静态反应釜中研究泡沫金属对甲烷水合物生成动力学特性。实验结果表明,泡沫铜骨架能为水合物生成提供充足的结晶点,同时可作为水合物生长过程水合热迁移的“高速公路”。甲烷水合物在SDS/CF体系中可快速生成,最大水合储气速率分布在19.24~21.04 mmol·mol^-1·min^-1之间,其中添加15 PPI泡沫铜的SDS溶液储气量最高（139 mmol·mol^-1）,且达到最大储气量90%所用时间最短（10.1 min）。在6.0~8.0 MPa压力下,相比SDS溶液,添加15 PPI泡沫铜的SDS溶液储气量提高了8.8%~35.6%,储气速率提高了4.7%~40.4%;特别在压力为5.0 MPa时,该孔密度SDS/CF体系储气量甚至比SDS溶液增加13倍,储气速率增加16倍。     

天然烟浸滤液水合物法储甲烷动力学研究

水合物法储存天然气被公认为是一种极具潜力的高效储气技术。如何加速水合物生成,又能保证水合促进材料绿色环保,是水合固气技术实用化的关键。本文利用天然烟丝和烟末浸泡滤液在8.0 MPa和274.2 K的实验条件下进行静态水合储甲烷实验,研究甲烷水合物在烟滤液中的生成动力学特性。实验结果表明,水-烟质量比(液固比)为5～100的滤液与表面活性剂溶液性质相似,其表面张力比纯水下降36.7%～47.5%,甲烷水合物在该天然活性溶液中能快速生成。烟丝滤液中活性物含量明显低于烟末滤液,低液固比时,烟丝溶液有更高的水合储气量和储气速率;高液固比时,烟末滤液则表现出更优的水合储气性能,尤其在液固比为50时,烟末滤液中水合物储气量高达118.5 mmol·mol^-1,储气速率达2.98 mmol·mol^-1·min^-1。     

SDS对甲烷水合物生成动力学和微观结构的影响

表面活性剂是促进水合物生成的有效手段之一。在高压反应釜中研究了十二烷基硫酸钠（SDS）对水合物生成过程的动力学影响,利用XRD和拉曼光谱探究了SDS存在条件下水合物的微观结构。宏观结果表明SDS缩短了诱导时间,加快了水合物生长速率。微观结果表明SDS没有影响sI型水合物的晶型结构,晶面间距与理想sI型水合物及纯水甲烷对比误差在千分之几。水合物中甲烷在大笼小笼中的拉曼位移分别为2904和2915 cm^-1,SDS没有改变大笼小笼结构。大笼绝对占有率（q_L）接近饱和时,SDS可以进一步提高小笼绝对占有率（q_S）,从微观角度证明了SDS可以减少水合数,提高储气率。     

介孔Cr(OH)3的制备及其对钒(Ⅴ)离子的吸附性能

以CrCl₃·6H₂O作为铬源,通过添加强碱制备出大比表面积（312.70 m²·g^-1）、高孔隙率（0.48 cm³·g^-1）的介孔Cr（OH）₃,并研究了其对溶液中钒（V）离子的吸附性能,考察了溶液pH、吸附剂用量、吸附温度、吸附时间等条件对吸附效果的影响。结果表明,当溶液pH在2.0~9.0、钒离子浓度为100~500 mg·L^-1时,采用该吸附剂均可实现溶液中钒离子的高效去除。在最优实验条件下,钒去除率接近100%,钒离子浓度可由500 mg·L^-1降至0.81 mg·L^-1。吸附热力学的研究结果表明,Cr（OH）₃对钒离子的吸附过程遵循Langmuir等温吸附;吸附过程符合拟二级反应动力学方程,反应级数为拟二级。     

离子选择电极法分析非离子／阴离子表面活性剂体系

利用自制表面活性剂离子选择电极,采用电位滴定法测定了非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO9)与阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)混合溶液中的SDS浓度。当AEO9与SDS的摩尔比约小于2∶1时,可用此种方法定量测定混合体系中的SDS的浓度,与滴定单一SDS溶液的结果对照,相对误差在1%以内。     

丁二酸二异辛酯磺酸钠对甲烷水合物生长动力学特性的影响

通过改变添加量（600mg/L、900mg/L、1200mg/L）、过冷度（3.5℃、5.5℃、7.5℃）以及压力（4.90MPa、6.0MPa、7.31MPa）的方式，考察了在静态体系下绿色促进剂丁二酸二异辛酯磺酸钠（AOT）对甲烷水合物生长动力学特性的影响。实验结果表明，3种浓度下AOT均能够有效缩短诱导时间，并且浓度越大，诱导时间越小（1200mg/L时为0.21h），但储气量随着添加量的增加，先增大后减小，最终确定最佳添加量为900mg/L，水合物储气量为55.76m³/m³；另外，过冷度越大，实验压力越高，水合物成核速度越快，诱导时间越短，耗气速率越高。当过冷度为7.5℃时，诱导时间最小为0.31h，耗气速率最大为0.275mol/h，储气量最大为63.95m³/m³；但压力过大，釜内气液界面会快速生成水合物层，阻碍水合物继续生成，导致水合物储气量减少为46.84m³/m³。所以，在静态体系下，合理选择促进剂的浓度和驱动力的大小，可显著促进水合物生成。     

多孔介质与SDS复配体系中天然气水合物生成过程分析

天然气水合物巨大的储量和本身高储气量的特点,决定了其在能源和工业领域的重要作用。自然界中水合物赋存于沉积层多孔介质的孔隙中,因而研究其在多孔介质条件下的基础物性和快速生成,对水合物的工业应用具有重要意义。为此,本文采用了不同粒径的多孔氧化铝颗粒和实心二氧化硅颗粒,并将其与十二烷基硫酸钠(SDS)溶液进行复配,研究该体系中275.15K和7MPa条件下水合物的生成情况。结果表明:多孔介质与SDS复配体系中生成水合物的储气量大于纯SDS溶液中,二氧化硅颗粒和氧化铝颗粒分别在促进水合物成核和提升储气量方面效果显著;实验条件下颗粒粒径对于水合物生成的压降过程和相平衡条件影响不大;实验所处p H条件下,氧化铝表面会因为水解带正电,二氧化硅表面则会在极化和水合作用的共同影响下带负电,带电表面和SDS的相互作用能够促进水合物的生成;多孔介质孔隙产生的毛细作用力及其对体系传热条件的改善有助于水合物的贴壁生成。因此可以认为多孔介质与表面活性剂复配体系对水合物生成的促进效果明显,并且将多孔材料作为水合物生成的基质是一种提高储气量的有效方法。     

SDS影响蓄冷用异丁烷水合物生成特性的实验研究

为探讨表面活性剂十二烷基硫酸钠 (SDS)对新型蓄冷工质——异丁烷水合物快速生成的影响,利用自行设计的小型搅拌式水合物制备系统,在定容法实验条件下,比较无SDS情况下和不同SDS浓度情况下水合物的生成特性。实验结果表明: 与无SDS情况下相比,有SDS情况下的异丁烷水合物诱导时间缩短约18 min, 且水合物生成量较多,含气率较大,主要是SDS能有效降低水气界面的界面张力,增快气体分子进入水气界面层速率。此外,不同SDS浓度下(0.8×10^-3、1.0×10^-3和1.2×10^-3)水合物生成诱导时间比较接近(约20 min),且水合物生成量趋于一致。     

基于化学亲和力模型的水合物生成动力学

水合物生成促进及动力学模型是水合物利用技术的关键问题。本文回顾了水合物生成促进技术的发展，实验研究了氧化石墨烯（GO）与十二烷基硫酸钠（SDS）复配促进剂体系下CO₂水合物的生成动力学，揭示了不同浓度对水合物生成时间、耗气的影响规律。研究结果表明，在GO与SDS复配体系下，CO₂水合物生成速度加快，诱导时间和生成时间缩短，耗气量增大。得出最佳复配浓度为0.005%GO+0.2%SDS，与纯水和单一0.005%GO体系相比，水合物的生成时间分别缩短69.7%和12.2%，耗气量提高11.24%和3.2%。建立了该体系下CO₂水合物生成化学亲和力模型，并从模型角度研究了GO与SDS复配比例、温度和压力对化学亲和力模型参数的影响。利用Matlab对模型编程计算并与实验结果进行了对比分析，吻合很好。通过研究认为，化学亲和力模型可准确预测复配体系水合物的生成。     

表面活性剂对气体水合物生成过程的定量影响

为确定HCFC?141b水合物生成条件下阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的临界胶束浓度(CMC),在0~20℃温度下,通过圆环法实验研究了不同浓度表面活性剂溶液体系的表面张力,考察了表面活性剂对溶液体系表面张力的影响机理并通过C3H8水合物的生成过程实验进行了验证,确定了SDS和SDBS的临界胶束浓度. 结果表明,当SDS和SDBS的质量浓度分别低于500?10?6和100?10?6时,表面活性剂降低水表面张力的效果最明显,二者的CMC分别为1950?10?6和400?10?6,表面活性剂能明显缩短水合反应的诱导时间,提高了其平均生成速率.     

低剂量超吸水树脂溶液微滴中甲烷水合物生成动力学

高储气密度水合物的快速生成对气体水合物技术应用至关重要。将水与疏水性气相纳米二氧化硅和低剂量［0.1%~1.0%（质量）］的超吸水树脂在搅拌器中高速混合分散，制备出一种超吸水树脂改性的干水。该改性干水实质上是由高分子聚合物支撑且可自由流动的分散微滴堆。在8.0 MPa和274.2 K条件下，研究该改性微滴中甲烷水合物生成动力学特性。结果表明，松散的聚合物微滴极大地改善了液相连续水比表面积，为气体扩散至微滴表面提供了丰富的通道。水合物在聚合物微滴中快速生成，储气速率可达5.15~8.78 cm³·g^-1·min^-1，储气量高达158.0~175.0 cm³·g^-1。质量分数为0.3%的微滴表现出最快储存速率和最高储气量，且其循环水合储气过程中前6次储气量均超过120 cm³·g^-1。研究结果对水合物储运天然气技术规模化应用有一定的参考价值。     

铜抗性菌株的筛选及其对Cu2+的吸附性能

利用选择性培养基分离出铜抗性细菌BX,经鉴定该菌为产碱普罗威登斯菌(Providencia alcalifaciens)。考察了细菌BX对环境的适应性,讨论了pH、初始Cu²⁺浓度等对其吸附铜离子的影响,分析了吸附过程的动力学及等温吸附特性,并以多孔陶瓷为载体对其进行固定化。结果表明,该菌对Cu²⁺和NaCl的抗性浓度分别为7 mmol·L^-1和7.5%,可生长于pH4.0～11.0、15～50℃的环境中;其最佳吸附条件为pH5.5、温度30℃、起始Cu²⁺浓度100 mg·L^-1,在该条件下,Cu²⁺吸附率达85.84%,吸附量为128.74 mg·g^-1;其对Cu²⁺的吸附符合准二级动力学方程和Freundlich等温吸附模型;采用曝气挂膜法将细菌固定于多孔陶瓷上,形成的菌膜对50 mg·L^-1铜离子的吸附率达92.53%。表明细菌BX对Cu²⁺有较强的吸附能力,对含Cu²⁺废水的处理具有良好的应用前景。     

低剂量超吸水树脂溶液微滴中甲烷水合物生成动力学

高储气密度水合物的快速生成对气体水合物技术应用至关重要。将水与疏水性气相纳米二氧化硅和低剂量［0.1%~1.0%（质量）］的超吸水树脂在搅拌器中高速混合分散,制备出一种超吸水树脂改性的干水。该改性干水实质上是由高分子聚合物支撑且可自由流动的分散微滴堆。在8.0 MPa和274.2 K条件下,研究该改性微滴中甲烷水合物生成动力学特性。结果表明,松散的聚合物微滴极大地改善了液相连续水比表面积,为气体扩散至微滴表面提供了丰富的通道。水合物在聚合物微滴中快速生成,储气速率可达5.15~8.78 cm³·g^-1·min^-1,储气量高达158.0~175.0 cm³·g^-1。质量分数为0.3%的微滴表现出最快储存速率和最高储气量,且其循环水合储气过程中前6次储气量均超过120 cm³·g^-1。研究结果对水合物储运天然气技术规模化应用有一定的参考价值。     

有机相变乳液中HCFC–141b水合物生成及稳定性

为了促进水合物形成，在HCFC–141b、有机相变材料（正癸酸和十二醇）和水体系中添加表面活性剂Tween 80和Span 80作为乳化剂，采用高速搅拌的方法制备了有机相变材料-表面活性剂-制冷剂-水乳液体系，增大水分子与制冷剂的接触面积。实验研究了静态条件下有机相变材料和表面活性剂添加量对水合物形成的影响。研究结果表明添加乳化剂可以有效提高水合物的蓄冷量，减少水合物形成诱导时间，降低水合物生成的随机性；温度越低，水合物促进效果越好。水合物生成/分解循环实验表明，添加Tween 80的乳液体系的稳定性好，有机相变乳液提高了水合物生成/分解循环过程的稳定性。     

Accelerated methane storage in clathrate hydrates using surfactantstabilized suspension with graphite nanoparticles

In this study, enhanced kinetics of methane hydrate formation in the sodium dodecyl sulfate(SDS) solution with different concentrations of suspended graphite nanoparticles(GNPs) were investigated at 6.1–9.0 MPa and 274.15 K. The GNPs with rough surfaces and excellent thermal conductivity not only provided a considerable number of microsites for hydrate nucleation but also facilitated the fast hydrate heat transfer in the suspension system. At a relatively low pressure of 6.1 MPa, the suspension with 0.4 wt% of GNPs exhibited the minimum induction time of 22 min and maximum methane uptake of 126.1 cm~3·cm~(-3). However, the methane storage performances of the suspensions with higher and lower concentrations of GNPs were not satisfactory. At the applied pressure, the temperature increase arising from the hydrate heat in the suspension system with the optimized concentration(0.4 wt%) of GNPs was more significant than that in the traditional SDS solution. Furthermore,compared with those of the system without GNPs, enhanced hydration rate and storage capacity were achieved in the suspensions with GNPs, and the storage capacities were increased by 3.9%–17.0%. The promotion effect of GNPs on gas hydrate formation at low pressure is much more obvious than that at high pressure.