矿业安全与环保

作者：石钰, 杨晓娜, 薛俊华, 李树刚, 阳梦, 刘洋

关键词：竞争吸附, CO ₂和CH ₄, 分子模拟, 微观结构, 含氧官能团

为明确构造煤微观结构部分组成因素对CO 2和CH 4竞争吸附能力的影响机制，基于巨正则蒙特卡洛、分子动力学方法和密度泛函理论，探讨了芳香单元延展度( L a)、芳香单元堆砌层数( N)、狭缝孔径( d)、表面缺陷( V)及含氧官能团( M)对CO 2和CH 4吸附能力的影响。结果表明：CO 2和CH 4吸附量及平均等量吸附热随 L a和 d的增加而增大，随 N的增加而减小；构造煤中 V和 M的存在会降低CO 2和CH 4的吸附量和平均等量吸附热；CO 2和CH 4在次生缺陷表面煤上的吸附强于其在单缺陷表面煤上的吸附；羧基最不利于CO 2在煤表面的吸附，羟基最不利于CH 4在煤表面的吸附；CO 2/CH 4的选择性系数始终大于1，狭缝孔径越小，CO 2竞争吸附优势越显著；煤表面吸附CO 2和CH 4后，费米能级处CO 2的电子态密度峰值大于CH 4的电子态密度峰值，说明CO 2在与CH 4竞争吸附过程中处于优势地位。研究从微观角度揭示了CO 2和CH 4在不同构造煤结构中的竞争吸附机理，其结论可为煤层气高效开采提供一定的理论依据。

来源：2022年第5期

《矿业安全与环保》期刊编辑部

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