煤基质表面官能团对二氧化碳及甲烷吸附性能作用规律的研究进展

强化煤层气CH_4开采的深部煤层封存CO_2技术能够有效减少CO_2的排放。由于煤基质具有的吸附性能是煤体吸附CH_4及封存CO_2的主要机理,且煤基质表面官能团对于煤体CO_2和CH_4吸附能力具有潜在的影响,因此本文阐述了表面官能团对煤体CO_2和CH_4吸附性能的作用及机理,归纳了煤基质表面官能团的修饰及表征方法,指出了煤基质表面官能团对CO_2和CH_4吸附作用规律的研究趋势。分析表明:影响煤体CO_2和CH_4吸附性能的官能团主要包括含氧和含氮官能团;整体上,含氧官能团有利于CO_2吸附,含氧官能团对CH_4的吸附作用仍存在一定争议,含氮官能团均有利于提升煤体CO_2和CH_4吸附能力;官能团表征方法包括化学分析法、程序升温脱附、X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱和核磁共振波谱。为了深入研究煤基质表面官能团对其吸附性能的作用规律,后续需开展以下工作:建立更为真实的煤体结构模型,提高理论模拟研究工作的预测精度;强化实验科学研究,弥补目前主要以理论模拟为研究手段的不足;优化煤体预处理方法,提高现有官能团表征方法用于煤基质官能团分析的精确度。

煤体中小分子有机物赋存规律及其对煤体理化性质影响的研究进展

小分子有机物是煤体重要组成部分,且会影响煤体的理化性质。为此,阐述了煤体中小分子有机物的赋存规律,归纳了小分子有机物对煤体理化性质的作用规律,总结了煤体中小分子有机物的定性和定量表征方法,指出了小分子有机物的研究趋势。结果表明:小分子有机物在煤体中主要以"游离""吸附"和"固溶"3种形态存在,且与煤体大分子骨架结构之间存在复杂的作用力类型;小分子有机物含量与煤体变质程度有关,低煤阶煤体中小分子有机物含量较高;小分子有机物会影响煤体的热/裂解和吸附性能;截至目前,溶剂萃取法以及伴有超声波辐射和电磁波辐射等辅助条件下的溶剂萃取法是分离煤体中小分子有机物,进而开展定性与定量分析的有效前处理手段;小分子有机物的定性与定量分析手段主要包括GC/MS、HPLC/FTIR和NMR等。为了进一步明确煤体中小分子有机物赋存规律及其对煤体理化性质的影响,今后需要开展下述工作:建立更为科学合理的煤体结构模型,以从理论层面更为深入地揭示小分子有机物在煤体中的赋存规律;运用超临界CO2流体温和萃取或原位分析手段,在尽可能不破坏煤体结构的前提下,确定小分子有机物在煤体中的赋存空间、种类及含量。