热效应对焦煤甲烷解吸迟滞特征的影响研究*

为揭示煤中甲烷气体的储运机制,选取井下煤样研究不同温度条件下甲烷气体的等温吸附解吸实验。基于Langmuir模型、等量吸附热计算模型和解吸迟滞系数对实验数据进行分析,研究煤中甲烷气体解吸迟滞现象的热力学特征。结果表明:随温度升高,Langmuir模型得到的吸附常数均呈下降趋势;甲烷解吸迟滞现象明显,迟滞程度随温度升高缓慢下降;受解吸迟滞效应影响,相邻温度区间内吸附曲线的等量吸附热较为相近,不同温度区间内解吸曲线的等量吸附热高于吸附曲线,差异显著;解吸迟滞现象影响煤层甲烷含量预测的准确性,并且解吸曲线的热力学特征规律性较差。     

二氧化碳与水预处理煤样对甲烷吸附热效应特性的实验研究

研究煤体吸附甲烷的热效应对于深入揭示煤层气在煤表面的吸附机理有重要意义。通过C80微量量热仪测试了无烟煤、焦煤、褐煤在二氧化碳与水预处理前后的甲烷吸附热力学参数,得到甲烷的等温吸附曲线和吸附热曲线,并建立了甲烷吸附量—吸附热定量模型,从能量角度解释了煤样预处理前后对甲烷的吸附特性。研究结果表明:经二氧化碳与水预处理后,煤样对甲烷的吸附量以及吸附过程产生的微量吸附热均有所增加,且预处理对煤体造成的影响主要体现在能增大其表面孔隙结构。     

不同变质煤的瓦斯解吸粒级效应及规律

为揭示粒级对煤层瓦斯(甲烷)解吸特性的影响,开展物理模拟试验,研究无烟煤(高变质)和长焰煤(低变质)柱状煤样和颗粒煤样在不同吸附压力下瓦斯解吸量和解吸速率方面的差异。结果表明:甲烷自煤样整个解吸过程中,煤样变质程度与累计瓦斯解吸量、解吸速率整体正相关,粒煤的累计瓦斯解吸量始终大于柱煤,两者之差先增大后减小;相同变质程度等压力下,累计瓦斯解吸量、解吸速率表现出明显的粒级效应;0.5~1 mm与1~3 mm煤样粒级,在解吸量上即将到达极限粒度。     

高温高压下煤孔隙结构的变化对瓦斯吸附特性的影响

为了研究高温高压条件下煤孔隙结构变化对瓦斯吸附特性的影响,选取九里山矿无烟煤,在压力为7 MPa、温度为40～130℃的条件下进行等温吸附实验和压汞实验。研究结果表明:煤样对甲烷的等温吸附曲线在该压力、温度条件下符合Ⅰ型吸附曲线特性,吸附规律符合Langmuir吸附模型;在压力7 MPa和温度130℃条件下,煤样的孔隙结构发生一定的变化,煤的比表面积增大、累计孔体积降低,可见孔及裂隙的数量比例增高,加强了煤样孔隙之间的连通度,导致原本吸附在煤样表面的甲烷分子大量解吸;在压力不变的情况下,随着温度的不断增高,煤的极限吸附量逐渐减小,其主要原因是样品孔隙结构的破坏和分子间作用力的变化。     

痕量邻苯二甲酸酯在有机沸石上的等温吸附研究

用一定量的阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵和阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠混合对天然沸石改性,制备了CTMAB改性沸石和SDS/CTMAB改性沸石两种有机改性沸石.采用静态吸附法研究了水中痕量邻苯二甲酸酯在天然沸石、CTMAB改性沸石、SDS/CTMAB改性沸石上的等温吸附情况和吸附机理.结果表明,天然沸石对邻苯二甲酸酯的吸附等温线呈非线性,为表面吸附;两种有机沸石的等温吸附曲线呈线性,主要为分配作用所致,分配作用的大小与有机碳含量、改性的表面活性剂种类有关.     

煤对CO2，N2和CH4的吸附速率经验公式与异同性研究*

为了解决吸附速率拟合公式缺乏而解吸经验公式众多的问题,通过替换解吸参数、定性和对比分析各经验公式对煤吸附CO₂,N₂,CH₄吸附速率的适用性,选取4种不同煤质的煤样在0.5,1.0和2.0 MPa下进行定温吸附实验,分析压力和煤质对吸附速率的影响规律。研究结果表明:时间函数式对3种气体在不同压力和煤质下的吸附速率拟合效果最佳;压力和煤质对3种气体吸附速率的影响既存在共性又具有差异性,气体吸附速率与压力符合指数函数关系,与挥发分呈现出二次函数关系,并且压力升高会导致最低吸附速率趋向于较高变质程度煤样;CH₄和N₂的吸附速率随压力升高而升高,而CO₂的吸附速率因煤样而不同,且在同压下,不同气体的最高和最低吸附速率煤样的变质程度也不同。     

基于核磁共振技术不同煤样吸附CH4实验研究

为研究CH4在高、中、低阶3种煤样(无烟煤、焦煤、长焰煤)中的吸附特性及分布规律,采用低场核磁共振技术在不同吸附时间、不同压力条件下分别进行不同煤样的吸附甲烷实验.从微观上分析时间效应、变质效应、压力效应对煤吸附CH4的影响规律及甲烷在煤上各个孔径阶段分布变化.结果表明:随着吸附时间的增大,3种煤样的吸附态T2谱振幅积...     

SDBS与CaCl_2复配液对煤体瓦斯解吸抑制效应研究

为研究表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)与CaCl_2复配液对煤体瓦斯解吸的抑制效应,选用新疆硫磺沟4—5号煤层煤样,采用HCA高压吸附解吸装置,测定干燥煤样、纯水、质量浓度2.5×10~(-2)g/m LSDBS及SDBS与CaCl_2复配液浸泡后煤样瓦斯解吸参数。研究表明:SDBS与CaCl_2复配液有效降低纯水的表面张力、煤样接触角,当质量浓度为2.5×10~(-2)g/m L的SDBS溶液与质量浓度为2.5×10~(-2)g/m L的CaCl_2溶液体积比为1∶3时,溶液表面张力降低至24.22 m N/m,煤样接触角降低至15.175°;随解吸时间增加,煤体瓦斯解吸量呈Langmuir关系逐渐增大后趋于稳定,瓦斯解吸速率迅速减小,当CaCl_2质量浓度为1.875×10~(-2)g/m L时,最大瓦斯解吸量为0.24 m L/g,最大解吸速率为0.8×10~(-2)m L/(g·s),对瓦斯解吸量及解吸速率的抑制效率最高。     

改性纳米Fe_3O_4去除水溶液中四环素的研究

利用共沉淀法制备了表面活性剂PVP-K30以及PEG-4000改性纳米Fe3O4吸附剂,采用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、震动样品磁强计(VSM)表征了改性Fe3O4的形貌、尺寸以及磁性质;以盐酸四环素(TC)为吸附对象,研究了改性剂、反应温度和TC起始质量浓度等对Fe3O4吸附性能的影响,同时利用红外光谱仪(IR)研究吸附机理。结果表明,改性后纳米Fe3O4结晶度及分散性明显提高,较25 nm的未改性Fe3O4,PVP和PEG-4000改性Fe3O4颗粒分别减小至20 nm和10 nm;同时改性产物均保持了较高磁性性能。在吸附盐酸四环素(TC)过程中,PEG-4000改性Fe3O4吸附容量最高(47.62mg/kg),PVP改性Fe3O4的吸附能力(36.1 mg/kg)优于未改性Fe3O4(13.45 mg/kg)。PEG-4000改性Fe3O4吸附TC过程中,Langmuir等温线模型优于Freundlich等温线模型,表明吸附剂对四环素分子为单层分子吸附,其吸附动力学遵循孔内扩散模型,并以表面吸附为主,粒内扩散为辅;改性Fe3O4吸附TC行为中羟基间形成的氢键起主要吸附作用。改性Fe3O4吸附剂经3次解吸仍显示出较高的吸附容量。     

有机改性蛭石材料的制备及对甲基橙的吸附性能研究

为提高双子表面活性剂改性蛭石的吸附性能，用碳酸钠对天然蛭石进行同质化处理，合成芳香反离子季铵盐型双子表面活性剂(GC-S)并作为改性剂，通过水热法对钠基蛭石(Vt-Na)进行插层处理，制备有机蛭石(GC-S-Vt)。通过核磁共振氢谱(¹HNMR)、X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热重(TG)和扫描电子显微镜(SEM)进行表征，考察改性有机蛭石对甲基橙(MO)的吸附效率及表面活性剂含量、pH值对改性有机蛭石对甲基橙的吸附效率的影响。改性后蛭石的亚甲基对称与非对称伸缩振动峰增强表明GC-S成功用于有机蛭石的改性。改性后的GC-S-Vt层间距增大，这是由于有机反离子修饰的双子表面活性剂增加了蛭石层间距，并提高了其对MO的吸附质量比。当GC-S的添加量为0.8 CEC,温度为25℃时，GC-S-Vt对阴离子染料甲基橙的吸附效率由改性前的2%提高至98.31%。在pH值为5、吸附时间为60 min时，GC-S-Vt对甲基橙的吸附质量比最大。此外，本文还考察了改性有机蛭石对甲基橙的吸附动力学与热力学行为。试验结果发现，甲基橙的吸附符合拟二级动力学模...     

制备温度对负载纳米水合氧化锆复合吸附材料结构和性能的影响

采用浸渍-原位沉淀法制备了离子交换树脂负载纳米水合氧化锆(HZrO/D001)复合吸附材料,重点研究制备温度对其结构和性能的影响。采用X荧光(XRF)、扫描电镜(SEM)、傅立叶红外光谱(FTIR)等对材料进行结构表征。结果表明,离子交换树脂表面的负载物质为无定形和四方相HZrO,采用表面活性剂改性后复合吸附材料比表面积增大1.8倍;升高温度可以增大HZrO负载量,制备温度为70℃时,HZrO负载量达到最大值,为23.29%;制备温度升高,HZrO成核增多,粒径减小,复合材料比表面积增大,比表面积高达21.770 9 m~2/g;制备温度升高,HZrO结晶度提高,吸附材料对锌离子的吸附能力降低。     

改性沸石处理氨氮废水的研究进展

通过分析天然沸石不同的改性、再生方式,总结了物理单一、化学单一和物化复合等3种改性方式对氨氮废水的吸附效果及物理法、化学法、生物法和电化学法等4种再生方法对沸石的再生效果。研究表明:钠盐和阴离子表面活性剂单一改性对氨氮废水具有较好的吸附效果,钠盐+微波复合改性较单一改性效果更好,微波+化学试剂法是一种高效快速的再生方法。     

响应曲面法优化表面活性剂改性低渗透煤体工艺

为了改善我国煤层渗透性低、结构致密的特点,以提高煤层渗透性、减少煤层冲击性、防止瓦斯事故为目的,通过单因素实验初步确定表面活性剂改性低渗透煤体时SDS溶液质量浓度、浸泡时间和浸泡温度等因素对煤样孔隙率的影响,进一步采用Box-Behnken实验设计优化其工艺参数,并分析改性后煤样物相结构和微观结构。研究结果表明:表面活性剂改性低渗透煤体的最佳工艺条件是SDS溶液质量浓度为0.5 wt.%,浸泡时间为44 h,浸泡温度为40℃;该条件下煤的实际孔隙率为33.29%,与模型预测值33.37%非常接近,验证了响应曲面设计优化的有效性。改性后煤样碳酸盐矿物减少,硅酸盐矿物增加,内部有杂质残余;煤样表面凹凸不平,结构松散,孔隙增加,矿物解理面模糊不清,胶结面消失。     

煤与瓦斯突出热动力学过程试验研究

为进一步加强煤与瓦斯(甲烷)突出等矿山重大灾害预测预报的工作,开展煤与瓦斯突出全过程热动力现象研究。将煤样破碎后在煤与瓦斯突出相似模拟试验台内加压成型,开展不同粒径煤样的吸附、解吸及突出试验,获取试验过程中的煤体温度变化数据。结果表明:煤与瓦斯突出过程中煤体温度随时间的演化关系近似符合自然对数函数;煤样粒径对煤体温度变化有显著影响,煤样粒径越小,在吸附解吸瓦斯时温度变化量就越大、变化速度也更迅速。通过分析煤与瓦斯突出试验结果及能量关系得出,煤的粒径很大程度上决定了瓦斯吸附能力及瓦斯内能,瓦斯内能又很大程度上决定了煤与瓦斯突出强度。     

不同极性有机污染物在腐殖质-蒙脱石复合物上的吸附特性

研究了3种具有不同结构和极性的芳香类疏水有机污染物(非极性的菲和1,2,4,5-四氯苯、极性的1,2-二氯苯)在蒙脱石及富里酸/胡敏酸-蒙脱石复合物上的界面行为.由于疏水性分配作用,与富里酸和胡敏酸复合后的蒙脱石对非极性的菲和1,2,4,5-四氯苯的吸附量增加.元素分析结果表明,胡敏酸的(N+ O)/C值低于富里酸,因此其疏水性强于富里酸,这使得菲和1,2,4,5-四氯苯在胡敏酸-蒙脱石复合物上的吸附量均高于富里酸-蒙脱石复合物.极性的1,2-二氯苯在水中的溶解度最高(131 mg/L),其在蒙脱石上的吸附量远高于非极性的菲和1,2,4,5-四氯苯.1,2-二氯苯主要通过与蒙脱石表面形成偶极作用吸附在蒙脱石上,且富里酸和胡敏酸对蒙脱石吸附1,2-二氯苯的影响较小.1,2-二氯苯的Freundlich吸附曲线的n大于1,表明1,2-二氯苯之间能形成偶极-偶极作用,进一步加大其在蒙脱石上的吸附量.富里酸和胡敏酸降低了菲在蒙脱石上的解吸率,且菲在疏水性最强的胡敏酸-蒙脱石复合物上的解吸率最低,表明菲与胡敏酸-蒙脱石复合物的作用力最强.     

改性无烟煤去除水中内分泌干扰物的性能探究

以KOH为改性剂对无烟煤改性,研究了改性前后无烟煤对3种内分泌干扰物EDCs(17α-乙炔基雌二醇EE2、双酚A BPA、磺胺甲噁唑SMZ)的吸附性能。结果表明,KOH改性对无烟煤的孔结构和表面性质产生影响,提高了无烟煤对3种EDCs的吸附量,其中对EE2的吸附量提高了近2倍。3种EDCs在改性前后2种无烟煤上的吸附过程均可用伪二级动力学描述,吸附等温线更符合Langmuir吸附等温方程,表现为化学吸附。改性前后2种无烟煤对EE2均表现出最高吸附能力,平衡吸附量(qe)分别为0.214 7μg/mg与0.622 9μg/mg;其次是BPA;最差是SMZ,qe仅为0.095 9μg/mg与0.124 2μg/mg。进一步研究表明,目标物的吸附情况与其憎水性质和分子结构有关,无烟煤吸附目标物的能力与其正辛醇/水分配系数正相关。     

CTMAB改性沸石及其对对硝基苯酚吸附效果的研究

为提高沸石对水体中有机污染物的吸附效果,采用酸热活化-十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)改性沸石,研究了改性沸石吸附对硝基苯酚的能力,探讨了改性条件对沸石吸附能力的影响和改性沸石吸附对硝基苯酚的适宜条件.结果表明,改性溶液中CTMAB的量低于沸石阳离子交换量时,沸石负载表面活性剂的量越大,所得到的有机沸石对对硝基苯酚的吸附能力越强; 改性溶液pH值增大,所获得的有机沸石吸附对硝基苯酚的能力也增强.CTMAB溶液的质量分数为1.1%,改性时间为2 h所制备的有机沸石对对硝基苯酚有较高的去除率.在利用已制备的有机沸石处理污水中对硝基苯酚的实际应用中,有机沸石投加量为25 g/L,对硝基苯酚溶液在pH值为6,振荡50 min的条件下,有机沸石对对硝基苯酚的去除率可达98.3%.     

菲和萘在黄土上的吸附等温线和吸附热力学

研究了菲和萘在黄土上的吸附行为,比较分析了Linear方程、Freundlich方程和Langmuir方程描述吸附等温线的准确性.结果表明,菲和萘在黄土上的吸附等温线呈非线性,Freundlich方程最符合其吸附行为.菲和萘在天然黄土上的吸附量随温度升高而降低.其吸附是一个放热过程,吸附热分别为0.017 74 kJ·mol-1和-0.061 25 kJ·mol-1; 吸附的标准自由能改变量分别为-9.939 kJ·mol-1和-7.333 kJ·mol-1.标准自由能的变小是菲和萘在黄土上吸附的推动力.经过阳离子表面活性剂改性后的黄土对菲和萘的吸附能力,随加入的表面活性剂占原土阳离子交换容量(CEC)的百分数增大明显增强,能更加有效地去除水环境中的多环芳烃类污染物.     

Na2SO4改善阴离子表面活性剂湿润煤尘性能的研究

本从实验和理论两方面研究了硫酸钠（Na2SO4)改善阴离子表面活性剂溶液湿润煤尘的过程。结果表明,试验用的3种阴离子表面活性剂溶液添加Na2SO4后,对难湿润煤尘的湿润能力均有很大改善。对浓度较低的表面活性剂溶液,Na2SO4起的湿润作用更大。添加Na2SO4改善阴离子表面活性剂溶液湿润能力的主要原因有：（1）表面活性剂或添加Na2O4的表面活性剂复合物降低了水的表面张力;（2）煤尘表面的疏水晶格吸附表面活性剂产生亲水作用;（3）SO4^2-吸附在煤尘表面的亲水晶格上使其保持亲水性;（4）在煤尘疏水晶格上的表面活性剂分子密实填充作用改善其亲水性;（5）在已吸附有表面活性剂的煤尘表面上继续吸附表面活性剂形成半胶束,恢复其亲水性。当表面活性剂使溶液的表面张力降低到临界值以下时,溶液的表面张力对湿润能力不再起重要作用,此时起主导作用的因素是（2）和（3）,其次是（4）和（5）。由于用Na2SO4和低浓度的表面活性剂几乎可以达到单一高浓度表面活性剂的效果,而且Na2SO4的价格比各种表面活性剂的价格要低得多,用添加部分Na2SO4的方法减少表面活性剂的用量,可以大大节约湿润剂的成本。     

水分自然侵入促进含瓦斯煤解吸效应实验研究

为定量研究水分自然侵入对含瓦斯煤解吸促进影响效果,利用自制的“高压吸附-水分自然侵入-数据自动采集”实验系统,对不同水分含量自然侵入含瓦斯煤后的瓦斯压力变化进行了连续监测。结果表明:水分侵入后依靠竞争吸附能置换出吸附瓦斯,从而促进含瓦斯煤瓦斯解吸,其促进效果与煤样含水率相关;当煤样含水率由2%增至12%时,瓦斯置换量由2.18ml/g增至4.48ml/g,瓦斯置换率由11.48%增至23.83%,煤样吸水饱和前,含水率Mad与瓦斯置换量Q和置换率η之间满足Q=1.695Mad/(1+0.3Mad)和η=8.85Mad/(1+0.29Mad)关系模型,煤样吸水饱和时,水分对瓦斯解吸的促进效果达到极限值;工程应用中可利用水分对瓦斯解吸的促进影响效应进一步提高瓦斯抽采率。