温度对瓦斯流动及全过程煤体变形的影响研究

为揭示不同温度下瓦斯吸附-解吸-渗流全过程煤体变形的差异性,应用自主研发的煤体瓦斯流固耦合试验系统,研究三轴应力加载下瓦斯吸附-解吸-渗流及全过程煤体变形随温度变化的响应特征。试验结果表明：瓦斯吸附阶段,煤体变形量与吸附时间呈Langmuir型上升变化;瓦斯解吸阶段,煤体变形量与解吸时间呈指数型衰减趋势;瓦斯渗流阶段,煤体变形量与时间呈幂函数上升趋势。瓦斯吸附量、渗透率及过程中煤体变形量均随温度升高而降低,瓦斯解吸率随温度升高而增大;煤体变形量与瓦斯吸附量、解吸量、渗透率呈正相关关系。温度效应对全过程煤体变形具有显著影响。     

改性粉煤灰处理含Cr(Ⅵ)废水的研究

实验研究了工业废弃物改性粉煤灰对Cr(Ⅵ)吸附的影响因素,讨论了pH值、浓度、温度及时间对吸附量的影响。讨论了反应机理,计算反应热力学参数(焓、自由能、熵)。实验结果表明,当Cr(Ⅵ)初始质量浓度为10 mg/L,反应温度303 K,pH=1时,吸附量最大为0.47 mg/g。吸附过程符合兰格缪尔等温吸附。吸附过程为自发进行的放热反应。反应温度为303 K时,反应过程的焓值为-3.529 kJ/mol,自由能-4.664kJ/mol,熵3.746 J/(mol.K)。反应动力学过程表明反应符合准二级动力学反应。     

温度对煤体吸附瓦斯性能影响的研究

为了明确温度对煤体吸附瓦斯性能的影响程度,根据Langmuir等温吸附方程及单分子层定位吸附模型等相关理论,推导并分析了瓦斯吸附量、吸附常数与温度的关系,得出瓦斯吸附量随温度的升高而降低,吸附常数α与温度没有直接关系,而吸附常数b与温度存在直接联系.利用WY-98B型瓦斯吸附常数测定仪对赵楼3上煤层煤样进行了不同温度下的瓦斯吸附常数测定试验,试验温度分别选取293 K、298 K、303 K、308 K、313 K、318 K、323 K,得到不同温度下煤样的吸附等温线,进而得到不同温度下的吸附常数值.对结果进行对比和验证,得到温度对煤体吸附常数的影响规律.结果表明:在压力条件一定时,煤对瓦斯吸附几率及吸附时间等影响瓦斯吸附量的主要因素均随温度的升高而减小,导致瓦斯吸附量随着温度升高而下降;吸附常数α只与煤体表面性质有关,但温度引起的比表面积变化对吸附常数α影响显著;吸附常数6取决于吸附温度T、吸附压力p以及煤体自身物理性能所决定的振动时间(r)0.     

酸处理青霉菌对活性艳红X-3B的吸附动力学和热力学研究

采用青霉菌菌体作为吸附剂对染料活性艳红X-3B进行吸附研究,考察了染料的初始质量浓度、pH值和温度对菌体吸附能力的影响,并探讨了吸附动力学和热力学特性.结果表明,经硝酸处理后的菌体吸附能力明显增强,在pH值为3时,吸附量达到最大. 吸附过程可用准二级动力学方程来表达,平衡时吸附量的计算值和实验值吻合很好,相关系数可达0.999 8. 硝酸处理的菌体对活性艳红的吸附等温线可用Langmuir方程表达.当温度为25 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃时,饱和吸附量分别为250.0 mg/g、322.6 mg/g、400 mg/g、416.7 mg/g.温度升高,吸附量增大,表明该吸附反应是吸热反应.根据热力学函数关系计算出ΔH＝35.13 kJ/mol,ΔS＝125.17 J/(mol·K),ΔG为-2.13～-4.03 kJ/mol,表明菌体对活性艳红的吸附是自发过程.     

不同温度与压力下瓦斯的吸附-热力学特性研究

为研究不同温度和气体压力下煤岩吸附瓦斯行为及热力学特性,考虑真实气体行为和吸附相的影响,进一步修正L-F模型以量化煤岩吸附能力,通过不同温度和压力条件吸附数据验证新修正吸附模型的适用性.并以此计算煤岩等量吸附热,探讨温度和气体压力(吸附量)对等量吸附热的影响.结果表明,新修正的吸附模型能较好地表征低、中、高气体压力试验范围下的等温吸附行为,且较原L-F模型能够更精确地预测其他条件吸附量.煤岩吸附瓦斯过程中等量吸附热的绝对值随温度和吸附量升高均呈降低趋势,但气体压力处于亨利定律区域时,其对应等量吸附热并未展现出对温度和吸附量的依赖性,该值可作为评价煤岩在低压区域内吸附瓦斯亲和力的唯一指标.     

低温阶段煤吸附C2H4的吸附特性研究

为研究煤矿采空区封闭区遗煤吸附C₂H₄的演化特征,以宁夏灵新煤矿不粘煤为研究对象,采用容量法进行煤吸附C₂H₄试验,分析温压与粒径对煤吸附C₂H₄过程中的吸附量、吸附速率和吸附热力学等特征变化的影响。研究表明：当温度为30～60℃、压力为0.15～0.45 MPa、粒径为20～120目时,无论是温度降低、压力升高还是粒径减小,C₂H₄的吸附量均增加;吸附过程随时间由快变慢,进而趋于平衡,吸附速率快速趋于0;温度与粒径不变,平衡压力越大吸附速率越大;温度与压力不变,粒径越小吸附速率越快。吸附量相同,粒径越小等量吸附热越低;各粒径煤样吸附C₂H₄的等量吸附热为0.69～40.23 kJ/mol,属于物理吸附。引入压力修正系数进行拟合,温度不变,压力和粒径与吸附自由能降低值呈正比关系;粒径不变,温度与吸附自由能降低值呈反比关系。各粒径煤样吸附C₂H     

温度作用下考虑过剩吸附的煤岩吸附模型

为研究深部开采下煤岩吸附特性,利用等温吸附试验仪器开展不同温度下等温吸附试验,基于吸附热理论建立温度作用下考虑过剩吸附的煤岩吸附模型(改进的L-F模型),通过试验结果与模型预测结果对比验证其有效性。试验结果显示:煤岩吸附瓦斯属于物理吸附,且为放热反应,随瓦斯吸附量增加,煤岩等量吸附热逐渐下降;随瓦斯压力升高,在较低压力段中煤岩瓦斯过剩吸附量呈先快速增加后逐渐平缓的趋势,在较高压力段中过剩吸附量呈先增加后逐渐减小的趋势,随温度升高煤岩瓦斯吸附量逐渐减小。结果表明:相比常规模型(L、双L模型),改进的L-F模型对试验数据拟合效果较好,且能更好地预测不同温度下煤岩瓦斯吸附量。     

CO在烟煤中吸附与扩散的分子模拟研究

为揭示CO在烟煤中的微观吸附和扩散机理,利用Wiser烟煤分子模型,通过巨正则蒙特卡洛(GCMC)和分子动力学方法,研究5种不同温度(293.15,303.15,313.15,323.15,333.15 K)下,压力为0.1～3.0 MPa时CO吸附量、吸附热的变化,采用能量分布分析CO在烟煤中的吸附行为,利用扩散系数和扩散活化能研究CO在烟煤中的扩散特性。研究结果表明：CO在烟煤分子中的模拟结果符合朗格缪尔(Langmuir)吸附规律,随着温度的升高,Langmuir参数a和b减小,CO在烟煤分子中饱和吸附量和吸附能力降低。温度越高,烟煤分子的等量吸附热越低,烟煤分子吸附CO分子的平均等量吸附热为21.20～23.11 kJ/mol,小于42 kJ/mol,属于物理吸附;随着压力的升高,CO分子由能量较高的优势吸附位点逐渐向相对较弱的吸附位点移动;在模拟的温度和压力条件下,CO在烟煤分子模型中的扩散系数随温度和压力的升高而增加,扩散活化能随压力的升高而减小。研究结果为揭示CO在烟煤分子中微观吸附与扩散规律,准确预测采空区封闭火区煤自燃情况具有重要意义。     

纳米γ-Fe2O3对汞离子的吸附行为研究

为了研究用于含汞离子废水处理的新型高效材料,研究了纳米γ-Fe₂O₃对汞离子的吸附行为。探讨pH值(3、8和12)、温度(288 K、298 K、308 K、318 K)和离子强度(Ca²⁺,0.001 mol/L、0.01 mol/L、0.1 mol/L)对该吸附的影响。使用吸附动力学方程(拉格朗日准一级、准二级)和等温吸附方程(Langmuir和Freundlich)分别对吸附数据进行拟合,并讨论吸附机理。结果表明:pH值为3、8、12时,纳米γ-Fe₂O₃对汞离子的吸附动力学方程符合准二级动力学模型(R2=0.997~0.999);288 K、298 K、308 K、318 K时,纳米γ-Fe₂O₃对汞离子的吸附过程更符合Langmuir吸附模型(R²=0.970~0.995),并且随温度升高,吸附量增加;在不同pH值下,纳米γ-Fe₂O₃对汞离子的吸附等温式可使用Langmuir模式(R²=0.983~0.996)进行表征,随p H值降低,吸附量减少,中性环境有利于吸附;在不同Ca²⁺浓度下,可用Langmuir等温吸附式拟合(R²=0.990~0.996)。通过Langmuir等温吸附式推算出最大吸附量随Ca²⁺浓度增加而减少。     

粒状煤和块状煤等温吸附CH4试验研

为探究不同尺寸煤样吸附瓦斯特性的差异,以漳村矿3#煤为研究对象,利用自主研制的多功能煤吸附/解吸瓦斯参数测定试验装置,开展粒状煤和块状煤的等温吸附试验,测定不同吸附压力下的吸附量和变形量。试验结果表明:在相同的吸附平衡压力下,吸附量随煤样粒径的增大而减小;粒状煤吸附瓦斯的能力大于块状煤,原因是粒状煤的有效比表面比块状煤大,增加的微孔吸附瓦斯使得煤吸附瓦斯量增加。块状煤的变形量随吸附平衡压力而增大,但增加量逐渐减小。经讨论分析可知:煤体吸附膨胀变形是煤基质吸附膨胀和气体压力压缩共同作用的结果;粒状煤测定的吸附常数应用到煤层数值模拟中会引起一定的误差。     

煤体吸附CH_4及CO_2热力学特性试验研究

为揭示煤吸附CH_4和CO_2热力学机制,选取新疆硫磺沟的煤样进行不同温度下的CH_4和CO_2等温吸附试验,利用Langmuir、Freundlich、D-R吸附理论模型对等温吸附曲线进行拟合,基于吸附势能理论研究煤样吸附CO_2和CH_4的热力学特性。研究表明:不同温度条件下煤样吸附CH_4和CO_2曲线均符合Langmuir、Freundlich、D-R模型;CH_4和CO_2吸附势能均随着吸附量增大而降低,其等量吸附热和吸附熵变均随着吸附量增加呈上升趋势,并且CO_2的吸附势能、吸附热、吸附熵变均大于CH_4;CH_4和CO_2吸附熵随温度升高总体呈降低趋势,其吸附势能不仅受表面力场影响,也受吸附焓和吸附熵的影响;CO_2等量吸附热受分子间竞争及微孔填充的影响。吸附热力学参数能用来表征煤体吸附特性,可从热力学角度揭示煤体表面竞争吸附的实质。     

活化剩余污泥对Pb2+的吸附热力学研究

以城市污水处理厂脱水干污泥为原料,以浓硫酸为活化剂,制备活化剩余污泥吸附剂,采用正交试验法考察了Pb2+初始质量浓度、初始pH值、吸附温度、活化剩余污泥投加量对活化剩余污泥吸附性能的影响.结果表明,活化剩余污泥对Pb2+的最佳吸附条件为pb2+初始质量浓度60 mg/L、初始pH值5、活化剩余污泥投加量100mg、吸附温度288 K,影响从高到低的各因素为Pb2+初始质量浓度、吸附温度、初始pH值、活化剩余污泥投加量.采用Langmuir、Freundlich、D-K-R吸附等温方程对不同温度下的吸附平衡试验数据进行拟合.Langmuir吸附等温方程可以较好地描述活化剩余污泥对pb2+的吸附平衡过程.其吸附过程吉布斯自由能△G为-3.35 ～-0.32 kJ/mol,焓变△H和熵变△S均为负值,表明活化剩余污泥对pb2+的吸附是自发的、以物理吸附为主的放热反应.     

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.     

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。     

天然腐殖酸对柴油在寒旱区黄土上吸附特性的影响

选用西北寒旱区黄土为供试土样,通过热力学和动力学吸附试验研究了干旱区低有机质黄土对柴油的吸附行为,以及提取的天然腐殖酸对柴油在黄土上吸附行为的影响。结果表明,无论是否加入腐殖酸,柴油在黄土颗粒上的吸附都符合Freundlich方程,且腐殖酸质量浓度对柴油的吸附量有显著影响。在27℃时,加入10 mL质量浓度为40 mg/L的腐殖酸溶液后,柴油在黄土上的饱和吸附量由12.034mg/g减小为7.407 mg/g,且吸附量随温度的升高而降低,表明吸附为自发的放热过程。描述柴油在黄土上吸附动力学的最优方程为Elovich方程,其次为双常数方程。无论是否加入腐殖酸,黄土对柴油的吸附都在短时间内达到平衡。对吸附影响因素的分析结果表明,柴油在黄土上的吸附随溶液pH值的增大而降低;黄土颗粒粒径越小,柴油在土样上的吸附量越大。     

不同温度下煤粒瓦斯扩散特性试验研究与数值模拟

为探索温度对煤粒瓦斯扩散特性的影响,利用瓦斯吸附/扩散仪分别对不同温度下的等温吸附,同温同压初始条件下的煤粒升温瓦斯扩散,同压不同温初始条件下的恒温煤粒瓦斯扩散进行试验研究。试验结果表明:同温同压初始条件下的等效扩散系数随温度升高呈指数关系增大。同压不同温初始条件下的恒温综合扩散系数随温度升高呈先增大后降低的变化趋势。温度升高时,温度与初始吸附量对综合扩散系数具有相反的影响作用趋势。不同温度下,相同时间内的扩散量取决于二者的配比关系。建立温度影响下的理论扩散方程,数值模拟不同温度下的全过程扩散特征。计算结果表明:随着时间延长,各温度下的恒温扩散曲线呈多点交叉状态,符合试验关系。     

湘江底泥对氨氮的吸附动力学研究

为揭示湘江底泥吸附水中氨氮的吸附特性,以湘江底泥为研究对象,通过室内静态吸附试验,分析和探讨了河流底泥吸附水中氨氮的影响因素,并研究了氨氮的吸附动力学特征。结果表明,底泥对氨氮的吸附是复合动力学过程,即吸附初期是快速吸附阶段,此后吸附速率逐渐减小,进入慢速吸附阶段。外界条件的变化对氨氮的吸附量有一定影响,随温度升高或泥水质量比增加,底泥对氨氮的吸附量减少;随氨氮初始质量浓度升高,底泥对氨氮的吸附量增加;在溶液呈酸性(p H6)时,吸附量随p H值降低而减少,在溶液呈碱性时,吸附量随p H值升高而增大。底泥吸附氨氮过程的动力学试验结果表明,Lagergren准二级动力学模型方程能较好地描述底泥对氨氮的吸附过程。     

低温变温条件下煤吸附瓦斯过程研究

为保证煤层瓦斯含量测定结果的可靠性和准确性,引入低温冷冻取芯技术,利用高低温吸附试验装置,开展低温变温条件下煤样吸附瓦斯全过程试验研究,并分析降温过程中煤样中瓦斯吸附量变化特征。研究结果表明:在程序降温过程中,煤样罐内煤样温度先缓慢下降后趋于稳定,煤样温度变化集中在前3 h,持续一段时间,3 h后基本趋于稳定,与外界环境温度保持一致;试验温度降低过程中,瓦斯吸附量呈现升高-降低交替变化(总体趋势为升高)的特性,随温度的稳定趋于稳定;瓦斯吸附量降低阶段基本呈线性变化趋势,吸附量下降速率先增大后减小。     

环氧乙烷水溶液失控反应特性研究

为了系统研究环氧乙烷水溶液失控反应热动力学参数的变化规律,采用等温扫描量热仪C600和绝热量热仪VSP-2分别对环氧乙烷水溶液进行了量热试验研究,得到了纯环氧乙烷的热稳定性数据,以及不同质量分数环氧乙烷水溶液的起始放热温度、最高放热温度和压力、放热量、绝热温升及失控反应过程的温度、压力变化等。结果表明,纯环氧乙烷发生失控反应的起始温度接近360℃,其放热量高达2 600 k J/kg。水加入环氧乙烷能够显著降低体系的起始放热温度至200℃以下。随环氧乙烷水溶液质量分数升高,失控反应致灾后果的严重程度明显提高。最高温度和压力、温升和压升速率、放热量及绝热温升随环氧乙烷质量分数升高而增大,而达到最大反应速率的时间减小。     

花生壳吸附Cr(Ⅵ)动力学方程研究

通过试验对粒径介于0.25～0.50mm的花生壳颗粒吸附Cr(Ⅵ)的动力学行为进行探讨,从吸附时间、pH值、吸附剂投加量、温度、Cr(Ⅵ)的初始质量浓度方面对吸附性能的影响进行研究.结果表明,最佳吸附条件为:Cr(Ⅵ)初始质量浓度100 mg/L,pH=2.0,振荡速度140 r/min,温度30℃.此时Cr(Ⅵ)的吸附率可达到90%以上.用Lagergren一级吸附速率方程、二级吸附速率方程及平均绝对偏离率对以上因素对吸附件能的影响数据进行处理,发现二级吸附动力学模型可以更好地描述各种影响因素条件下的吸附过程.二级吸附速率常数随着溶液pH值和Cr(Ⅵ)初始质量浓度的减小而增大.在低浓度和低pH值的条件下,Cr(Ⅵ)主要以HCrO4-形式存在,并且HCrO4-是花生壳主要吸附的Cr(Ⅵ).二级吸附速率常数随着溶液温度的升高而快速的增加.温度对反应速率的影响可以通过Arrhenius方程来描述,所得曲线近似为直线方程,决定系数R2=0.986 2,反应的活化能Ea为8.67kJ/mol,该反应活化能在物理吸附反应活化能范围(0～40 kJ/mol)内.