气体吸附过程肥煤纳米孔隙原位变形规律及机理
柳先锋1
李闯1
聂百胜1
贾雪祺1
李嘉良1
韩涵1
何承毅1
祁林凡1
何学秋2
1.重庆大学资源与安全学院,重庆 400044;重庆大学煤矿灾害动力学与控制全国重点实验室,重庆 4000442.北京科技大学土木与资源工程学院,北京 100083;School of Civil,Mining,Environmental and Architectural Engineering,University of Wollongong,Wollongong NSW 2522
摘要：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N2 3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 2nm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.
关键词：原位同步辐射小角X射线散射气体吸附纳米孔隙巨正则蒙特卡罗相互作用能
分类号：TD713(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52274173)国家重点研发计划(2023YFC300900301-03)重庆市研究生科研创新资助项目(CYS25069)
论文发表日期：2025-09-27
在线出版日期：2025-10-22（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 4182-4193 )
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