超临界CO2萃取提高褐煤生物甲烷产气模拟实验
张宇杰1
郭红光1
李治刚1
梁卫国2
1.太原理工大学安全与应急管理工程学院,山西太原 030024;太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室,山西太原 0300242.太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室,山西太原 030024;太原理工大学矿业工程学院,山西太原 030024
摘要：超临界CO2(ScCO2)萃取可以减弱煤中有机物的分子间作用力,破坏非共价键,使小分子化合物从煤的大分子结构中脱离.因此,将ScCO2萃取作为一种预处理手段来提高煤的生物可利用度,具有增产生物煤层气的潜能.以褐煤为研究对象,开展不同温压下ScCO2萃取及生物降解产甲烷实验,明确萃余煤与萃取物的产甲烷效果、ScCO2对褐煤的萃取能力及萃取物组成;通过与非超临界CO2处理比较,结合萃余煤的二氯甲烷(DCM)二次萃取、低温液氮吸附实验,分析ScCO2萃取增产生物煤层气的机理.结果显示,不同温压条件下的萃余煤生物甲烷产量均高于原煤,最佳产气的萃取条件为40℃-10 MPa,每克煤的最大甲烷产量为245.46μmol,高出原煤84.68％.萃取物含有微生物可利用有机物,厌氧降解实验证实了萃取物具有产甲烷能力.因此,ScCO2萃取能够促进褐煤的微生物降解、提高生物甲烷产量.此外,非超临界CO2处理后的残煤甲烷产量显著低于ScCO2萃余煤,说明温压并不是刺激生物甲烷产生的主要因素,而ScCO2对有机物的萃取作用是其关键.然而,ScCO2的萃取率较低且DCM二次萃取后仍检测到丰富的生物可利用的有机物,表明有机成分经ScCO2作用后仍大量残留于煤体.低温液氮吸附结果显示,萃余煤的总孔容和比表面积降低,孔隙结构分布发生变化,说明萃取物经ScCO2携带发生运移、吸附,导致大部分有机物残留于煤中.以上研究结果表明,ScCO2萃取作用于煤中有机组分,导致部分有机物与煤体分离;而大量生物可利用有机物在煤体中发生运移、重排,提高了残煤的生物有效性,从而提高生物甲烷产量.
关键词：微生物增产煤层气超临界CO2萃取褐煤生物可利用有机物孔隙结构
分类号：P618.11(矿床学)
资助基金：国家自然科学基金(U1810103)国家自然科学基金(51404163)国家国际科技合作专项基金(201903D421088)
论文发表日期：2021-10-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：8( 3278-3285 )
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