多孔介质中气体水合物的成核研究

研究气体水合物成核过程是水合物动力学研究的重要内容之一,有助于人们更好地认识气体水合物生成过程,掌握其动力学规律,进而有效地进行气体水合物的开发利用。本研究通过在实验室内模拟实验合成CO2水合物,利用电学探测技术研究其成核过程,建立了水合物成核速率与阻抗关系的模型,并结合具体实验条件对模型进行拟合求解,得到水合物成核速率变化趋势。同时发现水合物生成诱导时间受水分子记忆效应的影响。

气体水合物生成微观机理及分析方法研究进展

水合物技术在能源和气候领域有着广阔的应用前景,有望成为应对能源挑战和气候变化的关键技术。但目前该技术存在着水合物生成速率慢、气体消耗量低的缺点,限制了水合物技术的工业化发展。从微观机理的角度,梳理和总结了关于气体水合物生成机制的理论观点,简述了驱动力和气体溶解度在水合物成核过程中的影响,介绍了表面活性剂和纳米粒子对水合物形成的影响机理以及常用的微观分析技术。分析发现,气体水合物的形成机制时至今日仍未有统一定论,对于促进剂作用机理的研究也不够充分,现有的微观分析手段难以捕捉水合物形成过程中的分子行为。这些问题限制了水合物技术向更快、更高效方面发展。探究水合物技术的相关机理,了解各类影响因素的作用原理,探索新的分析手段,将有助于突破水合物技术的瓶颈,为寻找更佳性能的促进剂、更高效地合成水合物探明道路。

表面活性剂对气体水合物生成诱导时间的作用机理

利用可视化水合物实验设备,研究了摩尔浓度均为1.0×10-3mol/L的3组溶液(T40、T40/T80(1∶1)、T40/T80(4∶1))体系中表面活性剂对气体水合物生成诱导时间的影响,运用直接观测法测定了水合物广义诱导时间,基于物质传递模型、水合物晶核生长模型及相平衡驱动力方程对实验结果进行了分析。结果表明:表面活性剂的增溶作用促使气体分子在溶液中过饱和,促进了体相-水合物晶体之间的物质传递,为气体水合物反应过程中主体分子(水)和客体分子(气体)的络合提供了驱动力;表面活性剂的自身结构特性及其水溶液的状态决定了其在超过临界胶束浓度(CMC)后胶束化,进而束缚气体分子并与水分子形成团簇,团簇的增多、胶束内空余空间的减少,使团簇互相碰撞接触的机会增多,促进了晶核形成;表面活性剂的增溶作用显著降低了被增溶物的化学势,使体系变得更加稳定,促进了水合物生成相平衡。比较表明:表面活性剂T40在促进水合物晶核生成、缩短诱导时间方面的作用显著。