基于Langmuir模型含水率对构造煤吸附CH_(4)/CO_(2)影响试验研究

为探究不同含水率条件下煤样对CH_(4)/CO_(2)单组分气体的吸附特性,以六盘水攀枝花煤矿为研究对象,利用吸附试验(CH_(4)吸附、CO_(2)吸附)结合Langmuir模型对不同含水率状态下的构造煤煤样进行试验,研究结构表明:运用Langmuir拟合对吸附量大小进行研究,其拟合相关系数R^(2)>0.99,在恒温恒压下,随着含水率的增加其CH_(4)吸附与CO_(2)吸附量均减小,且CH_(4)吸附量均小于CO_(2)吸附;对于同一含水率煤样,煤样对气体吸附量随着压力的增大先增大后达到平衡,根据Langmuir拟合得到极限吸附值a,其极限吸附量a值与含水率呈负相关关系,并且CO_(2)的a值均大于CH_(4)的a值。

深层页岩气吸附模型和物质平衡新方法

准确评价深层页岩气井单井最终可采储量(EUR)对页岩气的高效开发具有重要意义。调研深层页岩气吸附模型,基于各模型对吸附数据的拟合程度优选出考虑深层页岩气吸附因素的T-Langmuir模型。基于T-Langmuir模型表征的深层页岩气吸附特征和流动物质平衡方程基本原理,建立考虑深层页岩气吸附特征的流动物质平衡新方法,并计算了四川盆地某页岩气井的单井最终可采储量。研究结果表明:T-Langmuir模型在高压条件下拟合效果较好,可以作为深层页岩气的吸附模型。新方法计算的单井最终可采储量为1.397×10^(8) m^(3),比传统方法的计算结果大0.109×10^(8) m^(3),经过和其他方法对比,新方法计算结果更为准确。

基于Langmuir等温吸附的吸附动力学方程

把吸附剂对溶质的吸附看作是吸附剂和溶质之间的化学反应,参照反应动力学方程提出了相应的吸附动力学方程。基于Langmuir等温吸附定义了吸附剂动力学浓度,并导出了它和固液比、Langmuir等温吸附方程参数的关系。吸附动力学微分方程为(1+a)级,对应于吸附剂动力学质量浓度是1级,对应于溶质质量浓度为a级。通过对动力学微分方程求解,分别得到了a=1和a=2时的动力学方程的解析表达式。在a=2时,用提出的动力学方程对文献的吸附数据进行了回归计算,结果表明该动力学模型和实验数据吻合良好,回归的相关系数R^(2)>0.97。

基于恒电容表面络合模型预测土壤中As(Ⅴ)吸附行为研究

吸附是控制As在土壤中迁移的重要过程之一,为了预测As(Ⅴ)在土壤中的吸附过程,使用恒电容表面络合模型(CCM)模拟As(Ⅴ)在土壤中的吸附行为,获取As(Ⅴ)在土壤上吸附的表面络合常数,建立土壤基本理化性质(pH、有机质、碳酸钙、无定形铁/铝/锰、总铁)与As(Ⅴ)表面络合参数的线性回归模型,以阐明As在土壤中吸附的主控因子。结果显示,As(Ⅴ)在不同类型的土壤中表现出不同的吸附特征,恒电容模型能够很好地模拟As(Ⅴ)在不同pH下的吸附特性(R^(2)为0.71~0.96),通过CCM模型拟合得到As(Ⅴ)在土壤表面的3个表面络合常数,绝大部分土壤lg K_(1)比lg K_(2)和lg K_(3)的值要大,说明As(Ⅴ)在土壤中的吸附相较于单齿络合物更偏向于形成双齿双核的络合物。As(Ⅴ)表面络合常数与土壤性质间的回归分析结果表明,As(Ⅴ)表面络合常数主要受土壤pH和无定形铁、无定形锰含量的影响。为了进一步验证上述线性模型的普适性,利用文献数据中土壤性质数据预测不同土壤上As(Ⅴ)的表面络合常数,并结合CCM模型预测了As(Ⅴ)在文献土壤中的吸附量,预测值和实测值具有很好的相关性,说明该模型具有一定的普适性。

镁改性增强小麦秸秆生物炭对镉的吸附能力:表面络合模型研究

近年来研究改性生物炭有效去除水中重金属成为热门,但使用表面络合模型从微观探讨生物炭对镉的吸附机理鲜见报道。通过MgCl2与小麦秸秆生物炭(WB)共热解制备镁改性生物炭(MgWB)。SEM-EDS、FTIR和BET等表征显示镁成功接枝到生物炭,Mg的质量分数增加了3.97%,生物炭表面新增Mg-O峰且-OH、-C-O峰增强,镁改性未改变小麦秸秆的条状管道主体结构但比表面积降低9.94%。293-313 K的等温吸附曲线表明改性前后生物炭的吸附行为均符合Langmuir模型,MgWB在313 K时最大饱和吸附密度(3.50μmol·m-2)是WB的3.7倍。Boehm滴定实验显示改性使总酸性官能团增加13.4%,其中代表高、中、低亲和型官能团的羟基、内酯基、羧基浓度分别增加4.28%、8.92%和0.178%。电位滴定曲线显示镁改性导致生物炭的pHpzc从9.2降为5.3,不同pH条件下Cd2+的吸附边实验中WB和MgWB吸附率达90%所需pH分别为9和6,结果表明吸附平衡所需pH值与pHpzc有关,且pHpzc的改变会导致生物炭表面位点类型在不同pH条件下的镉吸附差异。利用非静电表面络合模型NEM、以广义复合法进行拟合,最佳参数计算的位点分布曲线显示WB和MgWB的吸附贡献主要为高亲和型位点,该位点与Cd^(2+)的吸附态浓度达到最高值所对应的pH分别为10和7;模型拟合参数pKa和pK≡SOCd+表明镁改性导致生物炭表面官能团的质子化能力降低,与Cd^(2+)的络合能力增强。镁改性可以丰富生物炭表面官能团,通过增加表面位点浓度和降低pHpzc有效改善生物炭对重金属的吸附。本研究在使用非静电表面络合模型拟合中将表面位点类型的吸附贡献与pHpzc结合讨论微观吸附机理,为生物炭-重金属的相互作用提供了一种新的量化手段。

低渗煤中氮气与二氧化碳气体吸附的表征模型

地质领域常以等温吸附试验为研究方法,探究煤中气体之间的吸附行为。以刘庄矿13煤为研究对象,开展了N_(2)、CO_(2)气体吸附实验,在综合分析拟合回归系数平方R^(2)、模型计算值与实验值的残差平方和v与相对误差s的基础上,选出低渗煤中气体吸附的最佳吸附模型。结果表明:对于低渗煤中N_(2)吸附的模型拟合精度由高到低为:优化L模型>优化D-A模型>优化D-R模型>D-A模型>L模型>D-R模型>F模型;对于低渗煤中CO_(2)吸附的模型拟合精度由高到低为:优化L模型>优化D-A模型=优化D-R模型>D-A模型>L模型>D-R模型>F模型。实验结果可作为低渗煤层中气体吸附及CO_(2)封存提供地质依据。

改进Langmuir吸附模型建立与电吸附脱盐实验验证

电吸附作为废水处理的新兴技术,具有广阔的应用前景。基于电吸附水处理技术的基本原理以及现有电吸附理论由经典模型(Helmholtz-Perrin、Gouy-Chapman、Gouy-Chapman-Stern模型等),借鉴并建立了一种新型电吸附脱盐吸附量预测模型(改进Langmuir模型)。利用TiO_(2)与碳纳米管(CNTs)制备TiO_(2)/CNTs复合材料,以氯离子为脱除对象,修饰在电吸附装置的阳极表面开展除氯实验。实验探究了不同比例的复合材料以及不同电压下吸附材料的除盐效果,发现TiO_(2)/CNTs复合材料在配比为60%T/C,电压为1.2 V的实验条件下,获得了最大吸附量(6.5 mg/g)。并通过上述实验对吸附量模型进行了校核。结果显示,改进Langmuir模型能够较好地模拟出实际脱盐的变化趋势。此外,还对电吸附容量的影响因素进行了讨论,以期对未来电吸附模型理论研究提供有力支撑。

无烟煤超临界甲烷吸附模型的适用性研究

以赵庄煤矿无烟煤为研究对象,在4个不同温度下开展甲烷等温吸附实验,采用Langmuir、DR、DA模型对吸附数据进行拟合,并以标准偏差s为依据分析各模型的拟合效果。结果表明:对于Langmuir模型,直接拟合的效果优于间接拟合;对于DR、DA模型,引入虚拟饱和蒸汽压的概念,并对比了5种虚拟饱和蒸汽压的计算方法,得出Amankwah法最为合适。从整体来看,基于微孔填充理论的DR、DA模型比基于单分子层吸附理论的Langmuir模型能更好地描述无烟煤中甲烷的吸附行为,其中DA-Amankwah法和DR-Amankwah法的拟合效果最好。Langmuir、DR和DA模型在各压力段的拟合程度表现出大致相同的规律:低压区拟合程度最高,拟合曲线与实测数据大致重合,中压区拟合吸附量小于实测吸附量;高压区拟合吸附量大于实测吸附量。虚拟饱和蒸汽压和温度是影响拟合饱和吸附量的重要因素,虚拟饱和蒸汽压值越高,拟合饱和吸附量越大,温度越高,拟合饱和吸附量越低。

深层页岩气等温吸附数学模型研究

我国深层页岩气储量占比大,明确深层页岩气吸附规律对于准确评价深层页岩气储量具有十分重要的意义。然而,深层页岩储层温度压力高,远超实验测试范围,导致深层页岩气吸附规律尚不清楚。因此,采用分子模拟技术构建深层页岩干酪根模型,模拟深层页岩甲烷高温高压吸附行为,揭示深层页岩气储层原位吸附规律,在此基础上,研究了深层页岩气等温吸附数学模型。结果表明:随着温度的增加,深层页岩气吸附量减少;随着压力的增加,深层页岩气吸附量呈现先快后慢的增加,并在高压段趋于平缓;通过采用Langmuir模型、Freundlich模型以及Langmuir-Freundlich模型对模拟数据进行拟合,明确了Langmuir-Freundlich模型能够更好描述深层页岩气吸附规律。

煤对超临界CO_(2)的吸附实验及不同表征模型对比

煤对超临界CO_(2)的吸附特征决定了煤层的CO_(2)地质封存能力。通过体积法高压CO_(2)吸附实验研究了3种吸附模型对不同变质程度煤样及活性炭吸附数据的表征效果。结果表明:压力在8 MPa附近时的CO_(2)密度变化率最大,引入k值可有效提高拟合效果并“圈住”实验中的各种误差,铁法和卧龙湖煤样对CO_(2)的吸附机理更大程度上是微孔填充;由于窑街煤样天然赋存于CO_(2)气藏,受实验室超临界CO_(2)作用改造效果微弱,其微孔较为发育,最大绝对吸附量高于其他煤样;气体密度逐渐增大时,过剩吸附量和绝对吸附量之间的差距越来越大,绝对吸附量决定了煤样的最大吸附能力;OK格子模型拟合出活性炭中CO_(2)吸附相密度为1.004 g/cm^(3)。

煤层甲烷吸附相密度、吸附模型、吸附机理的再认识

煤中甲烷吸附相密度的确定是准确测量煤中甲烷吸附量、评价煤中煤层气资源潜力的关键,也是认清煤中甲烷吸附控制机理、模型表征的基础。针对两淮煤田碎裂煤样(R_(o,max)约0.7%)进行了不同温度的高压等温吸附解吸实验,结合压汞和低温液氮对煤的孔隙结构定量表征,分析了煤中甲烷的高压吸附解吸特征,基于Gibbs过剩吸附量测量原理和截距法拟合分析了甲烷的吸附相密度、吸附相体积、理论吸附量与温度的关系,利用单分子层吸附理论的Langmuir模型、多分子层吸附理论的BET模型和微孔充填理论为基础的DA模型及其优化模型进行了拟合分析,基于截距法预测的甲烷吸附相密度和理论吸附量建立了基于不同吸附理论的混合模型,初步探讨了煤中甲烷的赋存及其控制机理。结果表明:甲烷过剩吸附量在吸附阶段和解吸阶段均会达到峰值拐点出现下降,过剩吸附量峰值对应的平衡压力与煤样的实验温度和煤样中孔隙结构有关;甲烷吸附相密度随温度升高而下降,两者呈幂函数关系,甲烷吸附相密度受温度和煤中孔隙结构控制,温度越高,孔隙越不发育甲烷吸附相密度越低。Langmuir模型、BET模型、DA模型及其校正模型对煤中甲烷过剩吸附量拟合表明:未经校正的吸附理论模型仅适用于低压阶段(低于10 MPa)煤中甲烷过剩吸附量的拟合,针对全压力段煤中甲烷过剩吸附量,未经校正的吸附理论模型和经过校正的多分子层吸附理论模型均不适合,采用甲烷吸附相密度优化校正的Langmuir模型、DA模型拟合煤中甲烷过剩吸附量时存在一定的偏差,能用于煤中甲烷过剩吸附量的拟合。建立的基于单分子层吸附和微孔充填吸附理论的混合模型拟合结果表明随着温度的升高,煤中甲烷赋存形式由单分子层吸附为主逐渐转变为以微孔充填为主,赋存方式的转变与温度、煤中孔隙的发育有关。

基于Langmuir理论的平衡吸附量预测模型

为了实现对吸附反应的平衡吸附量的预测,建立了平衡吸附量预测模型.以高岭土、蒙脱土这两种黏土矿物吸附Ca2+为例,验证其等温吸附曲线符合Langmuir吸附方程.在Langmuir吸附等温式的基础上,建立了平衡吸附量预测模型,该模型应用于单组分吸附反应的平衡吸附量的预测.通过实验对该模型进行了验证,模型的计算结果与实验结果可以较好地吻合,证明该模型的可靠性较高.

黑藻吸附Cd^2＋和Cu^2＋的拓展Langmuir模型研究

运用沉水植物修复低浓度重金属污染是一种廉价和清洁的技术。采用摇床振荡试验方法,研究了不同pH条件下,沉水植物——轮叶黑藻鲜样对重金属镉和铜的吸附特征。结果表明,pH值对吸附结果影响较大,黑藻对镉和铜的吸附,最适宜的pH值分别为7.0和5.0。在选用的3个拓展Langmuir模型中,模型A拟合效果最好,模型B大大低估了黑藻对重金属镉和铜的吸附能力,模型C则略偏高,表明沉水植物黑藻对重金属镉和铜的吸附与离子所带电荷关系不大,且没有产生吸附剂-重金属-H+的复合式吸附产物(BMH)。运用模型A的回归参数,绘制的三维吸附网格图清晰阐明了不同H+浓度下,黑藻对重金属镉和铜的吸附曲面特征。拓展Langmuir模型A的计算值与实测值的对比表明:24mg·L-1≤C0≤72mg·L-1时,78%的镉吸附量计算值与实测值偏差控制在22%以内,90%的铜吸附量计算值与实测值偏差控制在10%以内。研究不同pH条件下黑藻对镉和铜的生物吸附特征,将有助于对沉水植物修复低浓度重金属污染技术的理解和规范。

颗粒物微界面吸附模型的分形修正——朗格缪尔(Langmuir)、弗伦德利希(Freundlich)和表面络合模型

运用分形理论修正了颗粒物微界面吸附模型,建立了朗格缪尔(Langmuir)、弗伦德利希(Freundlich)和表面络合模型的分形吸附等温线方程式.其中,朗格缪尔(Langmuir)吸附等温线的分形表达式为:Γ=ΓmC1 me),指数m与颗粒物表面分维Ds的关系如下:m∝e (bm+C1 maDs 2-10;表面络合模型的分形表达式为:Γ=ΓmC(n x)e (b(x n)+C(n x)0∝rDs-2e),而且lgb=lg(ka kb)+pH,指数x n与颗粒物表面分维Ds的关系如下:x n∝aDs 2-10;相应的弗伦德利希(Freundlich)吸附等温线的分形形式分别为:Γ=(Γm bm)C1 me,Γ=(Γm b(x n))C(n x)e.0∝rDs-2通过对文献中的数据的模拟初步讨论了分形模型的适用性,结果表明,它们具有更接近于实际的描述微界面吸附过程的能力,通过lg(x n)=lgk′+(Ds-2)lgr0计算出土壤颗粒和尾矿砂颗粒的表面分形维数分别为2 42和2 72.

基于双位Langmuir模型活性炭的CH4吸附特征

较之于压缩天然气存储和液化天然气存储,天然气吸附存储(ANG)方式具有能显著降低储存压力和运行成本的优点,然而,要将测定的吸附量转化为绝对吸附量,需要采用合适的模型。为了准确预测活性炭上甲烷的总储存量,采用双位Langmuir模型描述并准确预测了甲烷在活性炭上的吸附行为,误差在5%以内;进而解释了温度介于283.15~323.15 K、压力介于0.1~14.0 MPa条件下,活性炭上甲烷吸附平衡的临界点。研究结果表明:①在过剩吸附量超过极大值后,不同温度下的吸附等温线将出现交叉现象,在交叉点后,温度越高过剩吸附量越大;②甲烷的吸附相体积和气相密度,随平衡温度和压力的变化而变化,随着温度的升高,体积密度项对于绝对吸附量的贡献逐渐减小;③在343.15 K和14 MPa以下,实际吸附甲烷量超过86.9%,游离甲烷相含量低于13.1%,游离甲烷相含量的贡献率随温度的升高而逐渐增大。结论认为,该模型能快速、准确地预测真实的甲烷存储量,可以为大型天然气吸附存储技术的研究和开发提供帮助。

麦壳吸附亚甲基蓝的Langmuir模型研究

以天然麦壳为吸附剂,研究了温度和浓度对麦壳吸附水溶液中亚甲基蓝(MB)的影响.随着MB平衡浓度的增加,麦壳对MB的吸附量增加,升高温度有利于吸附.根据Langmuir模型的线性形式和非线性形式,采用最小差方和方法,用线性回归分析和非线性回归分析方法,得到了模型的参数.结果表明,线性分析和非线性分析都可用于平衡浓度对麦壳吸附MB的影响.

基于Langmuir吸附理论的双孢蘑菇呼吸速率模型

研究了不同温度(5、10、15、20、25℃)下,气调包装的双孢蘑菇呼吸速率随贮藏时间的变化规律。结果表明,双孢蘑菇的呼吸速率随着贮藏时间的延长而不断降低,直至达到动态平衡状态。利用Langmu ir吸附理论对双孢蘑菇呼吸速率的测定值进行了解析,建立了不同贮藏温度下的呼吸速率模型。结果显示,双孢蘑菇的呼吸速率随贮藏环境中O2体积分数的增加而升高,随CO2体积分数的增加而降低;最大呼吸速率随温度的增加而增加,且与贮藏温度之间满足Arrhen ius方程。

应用Langmuir模型探讨有机物在自然沉积物上的吸附规律

本文用Langmuir吸附模型分析了有机物在自然沉积物上的吸附规律。由于自然沉积物上大量有机碳的存在,使有机物在自然沉积物上的吸附等温线为直线。

高强电场激励下煤体吸附模型及机理探讨

基于电场强化下煤体响应表现出的电动效应、热效应和激发极化效应,设计高强电场下煤体吸附试验系统,研究电场实时加载下煤体对不同吸附质的吸附特征,并在经典Langmuir、D-R吸附模型基础上构建适用于高强电场下的煤体吸附模型。结果表明:实时加载高强电场下,随着施加电场强度增大,煤体吸附能力呈线性减小趋势,受电场影响CO_(2)吸附能力变化率更大,与未加电场相比,电场强度为30,60,90 kV/m时煤体吸附瓦斯的能力分别下降了10.9%,15.7%,18.9%,吸附CO_(2)的能力分别下降了8.5%,12.1%,22.9%;基于Langmuir吸附模型和D-R吸附方程,以煤体吸附试验数据为依据,在吸附模型基础上引入含有电场强度的修正项系数(1-C·E),分析构建含有电性参数的吸附模型,新模型试验拟合度均在0.99以上,能够预测并表征高强电场下煤体吸附特征,其影响机理主要归结为:煤体孔隙结构改变,经高强电场强化后煤样微孔向小孔及中大孔过渡,增强了煤体的扩散性能;影响了煤体吸附瓦斯表面自由能,且吉布斯自由能随着场强增大而减小,揭示了电场抑制煤体对瓦斯的吸附;煤体发生激发极化,电场通过改变煤体电性参数介电常数与电阻率进而影响瓦斯的吸附解吸能力。

介孔吸附常用经典分析模型的比较

对介孔材料的孔特征进行科学表征是其开发与应用的关键环节之一。本文简要介绍了介孔吸附相关知识和常用经典分析模型的发展历史、应用范围和各自特点,将经典介孔分析方法分为有模型法、无模型法、完全无模型法、逆向法四类,对这些分析方法和3种常用的介孔分析软件进行了对比分析,这些内容对吸附仪管理人员、介孔材料的教学和研究具有一定的参考价值。