X射线粉晶衍射-拉曼光谱法研究含甲烷双组分水合物结构及谱学特征

天然气水合物的晶体结构主要取决于客体分子种类与组成,目前单组分水合物的结构和谱学特征较为明确,但多组分水合物相关研究较少。为解决多组分水合物的结构识别问题,探讨其谱学特征,本文实验合成了甲烷-丙烷(CH₄-C₃H₈)和甲烷-四氢呋喃(CH₄-THF)两种含CH₄双组分水合物以及CH₄、C₃H₈和THF等三种单组分水合物,并采用低温X射线粉晶衍射(PXRD)和显微激光拉曼光谱进行了表征。结果表明:CH₄-C₃H₈和CH₄-THF双组分水合物的晶格常数a分别为17.2312×10^-10 m和17.2241×10^-10 m,为典型的Ⅱ型结构水合物,与相应C₃H₈和THF单组分水合物结构相同。在CH₄-C₃H₈水合物中,CH₄在大、小笼中均有分布,呈现两个特征拉曼峰(2900cm^-1和2911cm^-1);C₃H₈仅分布在大笼,与单组分水合物相比,其C—H伸缩振动峰峰位几无变化,而C—C伸缩振动峰(873cm^-1)向低频迁移约3cm^-1。在CH₄-THF水合物中,大笼被THF占据,CH₄仅填充在小笼中(2910cm^-1);双组分水合物中,THF分子C—C和C—H伸缩振动峰峰位均与单组分水合物基本一致。分析认为,含CH₄双组分水合物的结构类型与其相应的大分子水合物一致,大分子对双组分水合物的晶体结构特征具有决定作用。同时,大分子影响了CH₄分子在笼型结构中的分布,致使双组分水合物的拉曼光谱特征存在显著差异。研究结论对基于谱学特征识别多组分水合物微观结构具有重要的指导意义。     

氢化物—原子荧光法测定大洋沉积物中的砷

试验了常用酸及还原剂用量对测定Ａｓ的影响，选择了仪器的最佳工作条件，考察了大洋沉积物中主量及常见元素对测定的干扰情况，并给出了这些元素不干扰测定的允许存在量。方法用于测定海底沉积物标准样品，结果与标准值吻合，相对标准偏差（ｎ＝１２）小于５％。     

古盐度昨原法综述

古盐度的复原是恢复古环境，认识环境变化过程与机理的一种重要方法。其中包括适用于半咸水环境的沉积磷酸盐法，目前广泛的同位素法（主要是氧同位素法和碳同位素法）。微量元素法也是一种重要的古盐度复原法，其依据采样环境不同可分类硼元素法（适用于粘土性矿物）和Sr/Cr法（常用于对湖泊沉积物进行分析）等。由于古环境是一个开放体系，因此不可避免地要受到外界环境的干扰，为了使古盐度复原更加接近实际，上述方法应该综合使用。     

多孔介质中水合物阻抗探测技术

应用阻抗测量技术测试了多孔介质中CO2水合物的形成和分解过程。实验结果表明,阻抗测量可以反映水合物的形成特征。水合物在形成过程中的成核具有一定的随机性,说明相同温压条件下CO2水合物的成核机会均等。分解过程的热量吸收,可能形成体系内外的温度梯度。阻抗测量技术可以应用于水合物形成过程中的热过程和热力学研究。     

海洋天然气水合物元素地球化学异常的实验研究

海洋天然气水合物在生成过程中会引起周围沉积物孔隙水中元素地球化学异常,这些异常是指示天然气水合物存在的重要标志。在自制的实验装置上,模拟了海洋天然气水合物的生成过程,对海水中各离子浓度的变化进行了初步研究。结果表明：在不同的反应条件下,水合物的生成对各离子浓度变化的影响不同。压力越大,耗气量越大,生成水合物的量就大、纯度高,其排盐效应也较强,导致海水溶液中离子浓度的增高,而水合物中离子含量却呈降低趋势。     

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。     

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。     

显微激光拉曼光谱测定天然气水合物的方法研究

天然气水合物是由烃类气体在一定的温度和压力下与水作用生成的一种非化学计量的笼型晶体化合物,显微激光拉曼光谱是测定其水合指数、笼占有率等结构参数的重要手段。天然气水合物极易分解,不能在常温常压下进行分析测试。本文针对天然气水合物的特性,研制了一套适合显微激光拉曼光谱法测定水合物的小型装置,将样品放入液氮罐中,定期加入液氮(-196℃)保存,确保在测定的过程中甲烷水合物保持稳定状态,解决了肉眼不可见水合物的微观识别问题。对实验合成的一系列不同体系的甲烷水合物和我国海域和陆域的水合物样品进行了分析,探讨了水合物样品的合成、保存和处理方法,研究了拉曼光谱测试条件,揭示不同条件下形成的水合物笼型结构特征。分析结果表明,对同一样品,测定水合指数的相对标准偏差小于1%,方法准确可靠,经分析南海神弧海域水合物为典型Ⅰ型结构的水合物,祁连山冻土区水合物为Ⅱ型结构的水合物,可为我国天然气水合物研究提供必要的结构信息。     

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