CO_2置换增产煤层气室内实验研究

注入二氧化碳开采煤层气技术(ECBM)既可以提高煤层气采收率,又可以封存二氧化碳,减少温室效应,因此对CO_2置换CH_4采出率和影响因素的研究已成为当下热点。文章通过在同一围压下,不同注入压力条件下注CO_2置换CH_4试验,研究注入压力对CO_2置换效果的影响。研究表明:随着注入压力的增加,煤层对CO_2和CH_4的吸附量增加,混合气体总吸附量也随之增大;由于CO_2气体在煤表面吸附位的激励竞争上优于CH_4,使得CH_4的解吸量随着压力升高而增大;随着压力的增加,CH_4的产出率和置换比都呈下降趋势,压力与两者的关系呈负相关,表明在一定范围内,低注入压力状态下的CH_4产出率更好,低压状态下的置换效果更好。     

不同种类酸改性椰壳活性炭吸附分离CO_2和CH_4

与采用碱改性活性炭的方法相比,关于酸改性的研究相对较少,尤其是采用有机酸改性活性炭用于吸附分离CO_2/CH_4中的研究鲜见报道。采用不同种类酸(包括无机酸和有机酸)对活性炭进行改性,利用N_2吸附解吸曲线、FT-IR、SEM、XRD对改性前后活性炭物理化学特性进行表征,同时测定了25℃时活性炭对CO_2和CH_4的等温吸附线。结果表明,酸改性后活性炭比表面积、孔体积等发生不同的变化,但改性后的微孔分布相对集中且出现孔径较小的微孔;有机酸改性活性炭对CO_2的吸附能力和对CO_2/CH_4的分离效果整体比无机酸好,其中以醋酸改性为最优;CO_2以物理吸附的方式被吸附在酸改性活性炭上,再生效果较好;采用有机酸对活性炭进行改性并用于吸附分离CO_2/CH_4是可行的。     

水力水质条件对重力排水管道碳排放的影响研究

在重力流管道条件下,通过短期降解实验分析了水力剪切力、温度、外源SO_4~(2-)及COD浓度对重力排水管道产排CH_4和CO_2的影响,探讨了溶解性有机物(DOM)的变化规律。结果表明,CH_4和CO_2的产排能力随着水力剪切力的增大而增强,但剪应力大于0.0748 N/m后CH_4产排无明显提高;37℃为CH_4和CO_2产排的最适温度,低于37℃的情况下降低温度则会明显抑制CH_4的产生;外源SO42-浓度增大显著抑制CH_4产排,但其与CO_2产排无明显相关性;外源COD浓度增大会同时增强CH_4和CO_2产排。     

蛭石吸附及解吸锌离子特性研究

用蛭石对锌离子的吸附解吸进行了实验研究,初步探讨了其对锌离子吸附解吸的机理。研究结果表明：蛭石对Zn^2＋具有较强的吸附能力,吸附在8h左右接近平衡。随着锌离子浓度的增加,蛭石的吸附量也在逐渐增加,当锌离子浓度达到400mg／L时,吸附量趋于平稳。在完成吸附实验的基础上,分别采用过滤和取上清液的方法解吸,实验证明静置平衡后,取出上清液50ml,再加入50ml解吸剂的方法解吸效果较好;解吸时间在0h到12h,蛭石的解吸量呈现递增的趋势,且达到1．070mg／g;在12h到48h内,解吸量基本没有增加,其中在24h时达到最大解吸量1．074mg／g。不同的解吸剂对蛭石解吸锌离子影响效果不同：蒸馏水不能使锌离子解吸;K^＋的影响作用相对于Na^＋更明显,随着两种阳离子浓度的增加,蛭石的解吸量逐渐增加。     

麻粒岩流体包裹体中的甲烷是氢扩散的产物吗?

麻粒岩变质级岩石的包裹体的大量研究表明,这类岩石中有富含CO_2的包裹体存在,它们似乎是在接近高峰变质期时被捕获的。据报道,这类包裹体中CO_2的最终熔化温度[Tm(CO_2)]常低于CO_2三相点温度(-56.6℃),有些甚至低于-60℃。这种冰点下降常归因于诸如CH_4这样的第二种挥发份的存在。CH_4的存在在某些情况下已为喇曼光谱或质谱分析所证实。CO_2的熔化温度接近于-56.6℃,常被认为是包裹体中含有“几乎纯的CO_2”的证据。然而,也可能存在大量的CH_4,不过它们似乎可使冰点略有降低。 对代表麻粒岩相变质作用条件的C-O-H流体化学形式的形成所作的计算表明,在石墨存在的情况下,CH_4在高峰变质流体中所占的比例很大,但它在富CO_2流体中绝不会成为主要化学形式。在大多数情况下CH_4的量实际上用显微测温法或光谱法是不能测出的。CO_2和CH_4只有在水溶液流体包裹体中才能成为主要化学形式。捕获后的化学形式在质量不变情况下转变为流体包裹体,并不能产生所报道的成分,除非在该包裹体中发生石墨沉淀。因此,所观测到的成分要求在捕获后由于出现成分丢失或获得而产生的成分变化。 通过假定向着温度轴呈凹形和凸形上升的假想的温度-压力曲线(分别为T-凹形和T-凸形曲线,我们从6kbar(1 kbar=100MPa)、800℃起模似了T、P     

神农架大九湖泥炭湿地二氧化碳和甲烷排放化学计量比研究

湿地碳释放产物之间关系的研究对了解湿地生态系统碳固定和温室气体排放机理具有重要意义。运用涡度相关技术连续原位观测,对湖北省神农架林区大九湖亚高山泥炭湿地二氧化碳(CO_2)和甲烷(CH_4)的排放特征、CO_2与CH_4排放化学计量比(CO_2∶CH_4比值)的动态变化及其与环境因子的相关性进行了分析。结果表明:①大九湖泥炭湿地CH_4和CO_2通量均表现出较明显的月和季节变化规律,从CO_2与CH_4排放的相关性拟合结果来看,各季节CH_4与CO_2排放的月平均关系表现为线性拟合或一元二次拟合效果最佳,而其日平均关系则表现为一元二次拟合效果较好;②泥炭湿地CO_2∶CH_4比值从2017年3月到2018年1月呈"U"型曲线,1月达到最大值后下降,且全年CO_2:CH_4比值日平均与CO_2呈极显著正相关关系;③除地面以下20cm处土壤含水量(SWC20)月平均外,CO_2∶CH_4日/月平均变化与环境因子均呈极显著相关关系,其中CO_2∶CH_4比值与环境温度、土壤温度呈极显著负相关关系,而CO_2∶CH_4比值与土壤含水量呈极显著正相关关系。     

混合吸附剂对吸附-间歇低温等离子体氧化甲苯的影响

常温常压下,以γ-Al_2O_3小球、13X分子筛或者两者的混合物为吸附剂,采用吸附-间歇等离子体氧化系统去除模拟干燥空气中的甲苯.结果表明,仅以γ-Al_2O_3小球为吸附剂,碳平衡较高,其中CO_2产率为50%,但吸附穿透时间短,且有甲苯解吸出来.仅以13X分子筛为吸附剂,吸附穿透时间较长,放电阶段无甲苯解吸,且副产物O_3和N_2O较少,但碳平衡较低,其中CO_2产率仅41%.不同比例混合的吸附剂中,13X和γ-Al_2O_3质量比为1/2时,碳平衡最高可达到96%,其中87.7%为CO_2.最后结合吸附剂的吸附性能和放电特征分析了混合吸附剂CO_x产率较高的原因.     

降雨对城市草坪温室气体源汇效应的影响

利用静态箱法研究了夏季降雨对上海市城市草坪温室气体排放的影响,结果表明,晴天上海市城市草坪是N_2O和CO_2的源,CH_4的汇;降雨会削弱N_2O和CO_2排放,使得草坪由CH_4的汇转变为排放源。N_2O通量在晴天和雨后分别为1.37±3.47和1.06±2.67μmol/(m2·h),CO_2通量在晴天和雨后分别为13.33±8.59和6.46±2.61mmol/(m~2·h),CH_4通量在晴天和降雨后分别为-0.08±3.77和0.22±6.27μmol/(m~2·h)。明暗箱对比实验显示,草坪生态系统能有效缓解土壤对大气N_2O和CO_2的贡献。N_2O和CO_2通量与光合有效辐射和温度呈显著负相关(p0.01),CH_4和二者相关性不显著。降雨通过降低光合作用和温度,间接削弱城市草坪CO_2和N_2O的排放。降雨可能通过提高含水率抑制城市草坪对CH_4的吸收,促进其排放。     

外源氮、硫添加对闽江河口湿地CH4、CO2排放的短期影响

于2015年4月在闽江河口鳝鱼滩湿地原位开展氮、硫添加实验,研究外源氮、硫添加对河口湿地CH_4、CO_2排放通量的短期影响,并同步观测相关环境因子.结果表明,NH_4Cl(NH)和NH_4NO_3+K_2SO_4(NS)添加显著促进了河口湿地CH_4平均排放通量(P0.01),NS耦合添加显著促进了湿地CO_2平均排放通量(P0.05);KNO_3(NO)和K_2SO_4(S)处理在实验期间对CH_4、CO_2排放通量表现为促进与抑制作用的交互影响,并且影响均不显著(P0.05).与对照(CK)相比,NH和NS添加使CH_4平均排放通量分别提高了(286.36%、122.73%),使CO_2平均排放通量分别提高了(39.92%、34.24%).氮、硫添加对河口潮滩湿地CH_4、CO_2排放的影响具有明显的时间变异性,改变了短叶茳芏湿地生长季CH_4排放时间变化规律,但未改变CO_2排放时间规律.相关分析显示,NH和NS添加处理下河口湿地土壤CH_4、CO_2排放通量主要受土温、EC、DOC以及NH+4-N的控制(P0.05或P0.01),NO和S处理主要受土温、EC、pH、DOC、NO_3~--N的控制(P0.05或P0.01),CK处理则主要受土温的影响(P0.01).温度、盐度、氮有效性是影响河口湿地CO_2、CH_4排放的主要因素.     

太湖梅梁湾沉积物中磷吸附/解吸平衡特征的季节性变化

室内模拟研究了太湖梅梁湾4个季节沉积物在低磷湖水中的吸附/解吸特征,推测沉积物在各季节的"源"、"汇"转化过程,找出沉积物"源"、"汇"转化过程中最活跃的磷形态;同时通过对冬季沉积物进行不同温度的吸附/解吸热力学实验,探讨了温度对沉积物吸附/解吸磷过程的影响.研究结果表明:梅梁湾4个季节沉积物总磷及各组分磷含量大小关系为春＜夏＜冬＜秋;夏季和秋季沉积物以释放为主,春季和冬季则以吸附为主;铁/铝磷是沉积物"源"、"汇"转化过程中较活跃的磷组分;沉积物对磷的吸附效率和平衡吸附量为春季最小,秋季最大;温度和沉积物磷含量对DIP吸附/解吸平衡浓度都有影响,吸附/解吸平衡浓度随温度的升高而增加,随沉积物磷含量的增加而减小.     

流体包裹体中笼形水合物引起的气体不均匀分配的理论和应用问题

在低温显微测温分析过程中,笼形水合物可能会形成于含水的、富气体的流体包裹体中。气体在笼形水合物和残留流体之间的不均匀分配,是温度、压力和总成分的函数。尤其是在含多成分气体的包裹体中,各种气体在笼形水合物中的选择性分配会强烈影响显微测温资料的解释。气体在残留流体中亏损(被笼形水合物吸收)的绝对程度,依赖于气体成分以及水和富气体流体的相对比例。笼形水合物体系中的平衡相关系可以模式化,以便作笼形水合物存在的校正。CO_2-CH_4-H_2O的定量模拟以及CO_2-N_2-H_2O、N_2-CH_4-H_2O和H_2S-CH_4-H_2O的研究,指示了气体不均匀分配的方向和程度以及笼形物的温度-压力-成分的稳定性。例如,在地质上合理的压力范围内,H_2S和CH_4在笼形水合物中的分配远比N_2强而在CO_2和CH_4之间,及在CO_2和N_2之间的分配方向则是温度、压力和成分的相对含量的函数。 单气体系和双气体体系之间的实验数据的对比以及John等(1985)的模式表明,该模式能正确地预测笼形化合物稳定性,因而对流体包裹体的研究很有用。     

雌酮和炔雌醇在污泥中的吸附特性

通过避光恒温振荡实验,研究了初始浓度、吸附时间、温度、pH、离子浓度等因素对内分泌干扰物雌酮(E1)和炔雌醇(EE2)在污泥中吸附行为的影响。结果表明:污泥对不同初始浓度的E1和EE2吸附效果有明显差异,总体上对EE2的吸附能力大于E1; E1和EE2分别在吸附1 h和15 min时达到最大吸附量,随后发生解吸,在2 h和1 h后达到吸附-解吸平衡状态,污泥吸附的E1和EE2分别占总量的9. 7%～12. 6%和85. 9～92. 2%;温度变化会影响污泥对E1和EE2的吸附量; EE2在污泥中的最大吸附量和平衡吸附量随着pH的升高而降低,而E1在偏碱性条件下,平衡吸附量随着pH的升高而增加; NH4+和Ca2+的浓度对EE2污泥中的吸附量影响较明显,当离子浓度为0. 005～0. 1 mol/L时,污泥对EE2的吸附量随离子浓度的增大而显著升高。     

芘在土壤中的长期吸附和解吸行为

研究了芘在6种不同性质土壤中长期吸附解吸及不可逆吸附行为.实验结果表明:长期实验中芘在土壤中的吸附和解吸都存在快过程和慢过程2个阶段.不同吸附平衡时间下,有机质含量高于1%时,不同土壤的吸附平衡常数随有机质含量的增加而增加;有机质含量低于1%时,黏粒含量对土壤的吸附能力有着重要影响;平衡时间由2d增加到180d后,6种土壤的Kd值增加了35.1%～557.9%,其中土壤有机质对Kd值有不同程度的影响,而黏粒对Ka值影响最大,平衡时间对部分土壤Kd值影响不容忽视.长期解吸过程中,6种土壤慢解吸部分占总解吸量的12.05%～41.00%,有机质含量越高,慢解吸对解吸过程的贡献越大.不考虑老化的影响,有机质含量对不可逆吸附容量的贡献明显高于黏粒的贡献,与有机质对慢解吸过程的影响有一致性.     

长春城市水体夏秋季温室气体排放特征

为掌握我国东北地区城市湖泊水体温室气体的释放/吸收特征,本研究分别于夏季和秋季,对位于吉林省长春市的7个城市湖泊(南湖、北湖、雁鸣湖、胜利公园、地理所内湖、天嘉公园和长春公园)表层水中的CO_2和CH_4分压[p(CO_2)和p(CH_4)]进行了监测,并对影响p(CO_2)和p(CH_4)季节变化的相关环境和水质参数进行了分析.研究结果表明在夏季和秋季这7个城市湖泊表层水体中CH_4都处于过饱和状态;除夏季的南湖和胜利公园内湖,其它湖泊CO_2也都处于过饱和状态,且不同湖泊间的温室气体分压具有显著性差异(P0.05),通量也同样具有显著性差异(P0.05).除了南湖和胜利公园内湖外,其它各湖泊在夏秋季节都是大气CO_2和CH_4的"源",且对大气中温室气体的贡献都以CO_2为主.环境参数与p(CO_2)或p(CH_4)之间的相关性分析表明,在夏季,城市湖泊表层水体中p(CO_2)和p(CH_4)都与日照时数呈显著负相关(r_(p(CO_2))=-0.48,P0.05;r_(p(CH_4))=-0.63,P0.01),日照时数通过影响水生植物的光合作用进而影响水体中CO_2和溶解氧浓度,p(CH_4)还与降水量呈显著正相关(r_(p(CH_4))=0.44,P0.05);在秋季,p(CO_2)与气温呈显著负相关(r_(p(CO_2))=-0.39,P0.05).另外,水质参数与p(CO_2)和p(CH_4)的相关性分析表明,这些城市湖泊表层水体的p(CO_2)和p(CH_4)都与水体pH显著负相关(r_(p(CO_2))=-0.51,r_(p(CH_4))=-0.82,P0.01),与盐度显著正相关(r_(p(CO_2))=0.38,P0.05;r_(p(CH_4))=0.75,P0.01),p(CH_4)还与水体DOC、TN和TP均具有显著相关性(P0.01).从研究结果可以推测在这7个富营养城市湖泊中,水体的营养物水平及其所决定的浮游植物生物量并不是影响表层水体p(CO_2)的最主要因素,而日照时数、水体pH和盐度与夏秋季表层水体中的p(CO_2)和p(CH_4)有较大关联.     

黄壤表面电场作用下Cu~(2+)与Zn~(2+)的吸附/解吸动力学研究

利用静态恒流法研究了黄壤表面电场作用下Cu2+与Zn2+的吸附/解吸动力学.结果发现:考虑黄壤表面电场作用下,Cu2+和Zn2+的吸附实验呈现初期强吸附作用下的零级动力学过程和一定时间之后弱吸附作用下的一级动力学过程,与理论预期一致;在Cu2+和Zn2+的解吸实验中,只有前期出现了弱吸附作用下的一级动力学过程,实验结果与理论预期存在差别,原因在于专性吸附的Cu2+、Zn2+很难被解吸下来;在交换/吸附实验中,Cu2+的吸附速率值和平衡吸附量均大于Zn2+,且Cu2+-K+体系的表面电化学参数φ0、σ0、E0均大于Zn2+-K+体系中的对应值,证明了黄壤颗粒表面对Cu2+的吸附作用强于Zn2+;在交换/解吸实验中,Zn2+的解吸速率值和平衡解吸量均大于Cu2+,Zn2+-K+体系的表面电化学参数φ0、σ0、E0均大于Cu2+-K+体系中的对应值,证明Zn2+-K+体系中Zn2+的解吸作用比Cu2+-K+体系中的Cu2+解吸作用强.     

河流CO2与CH4排放研究进展

河流作为连接海-陆两大碳库的主要通道,其水-气界面二氧化碳(CO_2)与甲烷(CH_4)排放构成全球碳循环的重要环节,对全球气候变暖的贡献不容小觑.明确河流水体CO_2与CH_4产排过程、时空特征以及控制因素是认识河流生态学功能以及其对变化环境响应的重要内容.基于当前河流CO_2与CH_4排放研究进展,构建河流碳排放动力学概念框架(内源代谢、陆源输入),并从全球尺度、区域尺度、流域尺度综述了河流碳排放时空变异性特征以及存在的研究不足.在理解碳排放动力学概念框架和时空变异特征的基础上,构建了河流CO_2与CH_4动力学控制因子分层框架(内部因子:有机质、温度、营养盐;外部因子:水文、地貌、人类活动),深入探讨了河流碳排放的关键影响因素.最后,根据当前研究中存在的不足,提出河流碳排放应将纳入区域陆地碳平衡过程,今后研究重点应包括流域尺度上河流CO_2与CH_4内源产生与陆源输入相对贡献的量化研究、不同界面CO_2与CH_4产生与排放过程研究、高时空分辨率的监测数据的补充以及变化环境与人类活动干扰下河流碳排放的响应过程等,为理解河流生态学过程及生态系统功能提供基础,同时为我国进一步深入开展相关研究提供借鉴.     

激光拉曼光谱法测定生物燃气的气体组分

文章提出了一种基于激光拉曼光谱仪的生物燃气气体组分含量的快速分析方法,实现了生物燃气中C_1~C_3、H_2、O_2、N_2、CO、CO_2共11种气体成分的同时测定。通过实验测定、计算CH_4主峰处其他气体相对于CH_4的折算系数,解决了拉曼光谱中存在的重叠峰使CH4测量不准确的问题。同时通过实验和分析确定了合理的积分时间和气体压力。实验表明,所有组分都能被测量出来,并且测量的绝对误差小于1%,基本满足生物燃气组分含量的现场分析的精度和稳定性要求。     

利用硅灰石原位改善厌氧消化微生物电解池的产气特性

厌氧消化-微生物电解池(Anaerobic digestion-Microbial electrolysis cell,AD-MEC)具有有机物降解速度快、降解率高的优点,但其所产沼气中依然存在CO_2含量较高的问题.为降低AD-MEC所产沼气中CO_2的含量,本研究将矿物碳酸化耦合入AD-MEC中,研究添加硅灰石对AD-MEC中CO_2的固定效果.实验结果表明,添加硅灰石可使AD-MEC中CO_2产生量减少40.0%,沼气中CO_2含量从10.0%±1.3%减少到4.5%±1.1%;X射线衍射(XRD)及扫描电镜-能谱(SEM-EDS)分析表明了CaCO_3沉淀的生成,证明硅灰石介导矿物碳酸化固定了AD-MEC中的CO_2.此外,添加硅灰石使Ca~(2+)溶出,缓冲了pH,减轻了厌氧消化产酸阶段对产甲烷菌的抑制,促进了有机物的降解,可溶性化学需氧量(SCOD)去除率提高了11.2%,并使CH_4产量提高18.0%,CH_4产率达到305 mL·g~(-1),沼气中CH_4含量达到95.5%±1.2%.硅灰石的添加实现了AD-MEC中CO_2的原位捕获,同时增益了厌氧消化效果,提高了甲烷产量.     

储层物性参数对CO_2长期封存能力的影响研究

为系统研究储层物性参数对CO_2捕集机制的影响,根据鄂尔多斯盆地神华10万t/a CCS示范工程实际注入层的地质条件,运用TOUGHREACT软件建立了二维径向模型,探讨了温度、孔隙度、储层厚度、储层渗透率、残余水饱和度、压力、残余气饱和度、初始盐度、毛细压力和储层非均质性等储层物性参数对CO_2长期封存能力的影响。结果表明:温度、孔隙度、储层厚度、储层渗透率是影响CO_2矿物捕集量的主要控制因素;高毛细压力较低毛细压力使CO_2羽的分布更为均匀,有利于CO_2的矿物捕集。通过计算CO_2矿物捕集量对储层各物性参数的平均敏感度,评估了实际储层的CO_2矿物捕集能力,可为CCS实际工程的适宜性评价和选址提供科学依据。     

铵饱和沸石再生机理研究

利用浙江缙云产天然沸石,对其分别进行静态吸附和再生处理,从而进行沸石再生途径的探索和再生最优条件的选择。实验表明,在沸石初次再生中,沸石再生过程的三个途径为:1盐溶液对NH+4的解吸;2盐溶液对K+、Ca2+、Mg2+的置换;3盐溶液对沸石表面形态进行改性,其中影响作用的大小顺序为1>3>2。而在其中途径2中,各阳离子的作用大小顺序则为Ca2+>K+>Mg2+;随着再生次数的增多,盐溶液对NH+4-N的解吸在再生过程中所发挥的作用逐渐增强,最终成为决定性因素,而另外两途径的影响力则逐渐减弱,途径2最终失去了再生效果;对于短期使用的沸石,其最优再生条件应以沸石再生后的吸附量大小来确定,再生时选用氯化钠溶液作为再生剂效果较好,长期使用的沸石,则应以盐溶液对沸石的解吸量大小来确定,此时氢氧化钠溶液较为合适;试验同时表明5 g/L的钠离子浓度为最优钠离子浓度。其次,OH-对于吸附了NH+4-N的饱和沸石的解吸具有促进作用,而温度对再生的影响并不明显。