二氧化硅介质对其表面水合笼稳定性的影响

采用量子化学中的密度泛函理论探究了不同笼型结构(CH4@51262和CH4@435663)的不同环面(四元环面、五元环面、六元环面)以不同方式(单面平行和双面插嵌)与介质Si O2作用对水合笼稳定性的影响,计算了水合笼与Si O2表面间的相互作用能、水合笼的变形能、水合笼中甲烷分子与笼子之间的相互作用能和水合笼中水分子间的结合能。结果表明:单面平行构型中的SH-6和双面插嵌构型中的SI-(5+6)、SH-(4+6)最有利于水合笼的分解;Si O2介质与水合笼通过结构匹配的方式形成氢键,降低了水合笼的稳定性,弱化了水合笼对甲烷的束缚。

笼状水合物拉曼光谱特征与结构水合数的耦合关系

为了探讨不同气体组分和环境介质对形成笼状结构类型水合物和水合数的影响, 开展了一元体系 (CH4、CO2、C3H8 )和二元体系(CH4 +CO2、CH4 +C3H8、CH4 +N2 )的水合物生成结晶充填过程、结晶构型和动力学特性分析, 并对生成的水合物进行了拉曼光谱分析。结果表明单组分甲烷充填小孔穴 512和大孔穴 512 62 形成Ⅰ型笼状结构水合物(SⅠ), 二氧化碳和丙烷只占据大孔穴 512 64 形成Ⅱ型笼状结构水合物 (SⅡ ); 而二元混合组分中小孔穴中只充填有甲烷, 而没有CO2、N2 和C3H8。应用反褶积的ν1 对称谱带测定了CH4 分子在Ⅰ型结构大孔穴和小孔穴中的相对占有率,并根据谱带的面积比(对应于小孔穴与大孔穴)计算了平衡条件下甲烷水合物孔穴占有率及其耦合的水合数, 认为气体分子的大小不仅影响它所充填的孔穴形态和类型, 而且影响水合物生成的结构类型和水合数。

四丁基溴化铵-二氧化碳-水体系半笼水合物相平衡数据的测定

水合物相平衡数据是利用水合物捕集二氧化碳的基础数据,利用定容逐步加热的方法测量了四丁基溴化铵-二氧化碳-水三元体系水合物的相平衡数据,实验测量的压力和温度分别为1.0—4.3 MPa,282.75—292.15 K,四丁基溴化铵水溶液的质量分数为5%—30%。实验结果表明:在一定的温度条件下,与纯水中二氧化碳水合物形成条件相比,添加四丁基溴化铵降低了水合物的形成压力,说明添加四丁基溴化铵利于二氧化碳水合物的形成,是二氧化碳水合物形成的促进剂。随着四丁基溴化铵水溶液质量分数的增大,水合物相平衡压力下降幅度也增大,这表明四丁基溴化铵高质量分数体系中二氧化碳水合物的稳定性好,水合物生长的推动力大。

笼型水合物研究进展

介绍了笼型水合物研究的历史和现状,包括结构与性能、对石油天然气工业的影响、作为潜在能源的巨大优势、可形成新的化工分离技术及对地球环境的负面作用等方面.并提出了应当引起重视的研究领域.

笼形水合物分离技术

介绍了笼形水合物的晶体结构和笼形水合物分离技术原理 ,重点对分离技术的应用领域进行综述 。

笼型水合物为能源化工带来新机遇

笼型水合物是利用水分子通过氢键作用构建的笼型结构对甲烷等能源气体进行存储和提取,具有高安全性、高储存容量、温和储存条件、环境友好等优点。天然气水合物是传统能源和绿色能源之间的桥梁燃料,已成为世界各国科学家竞相研究开发的热点。本文综述了笼型水合物在能源与环境、流动安全、工程应用三个方面的研究成果,涵盖了固化天然气(SNG)、CO_(2)捕获和气体分离、蓄冷、海水淡化、汽车燃料以及制氢与储氢等能量转换、能量储存的领域。文章指出大力发展笼型水合物衍生技术,实现提取甲烷同时捕获二氧化碳,有助于实现碳中和的目标。阐述了笼型水合物生成依赖于其自身的热力学相平衡条件、反应过程的动力学性质及传递过程强化,从生成到分解的过程主要包括溶解、成核、生长、晶裂和解吸等一系列步骤,过程的微观机理复杂。展望了利用多尺度方法研究水合物生成的微观结构、界面现象、宏观应用和作用机理,有助于扩展化学工程的原理和知识,对开发能源化工领域新材料新工艺也有裨益,从而促进能源化工的发展。

四丁基氯化铵半笼型水合物的相平衡模型

本文在范德瓦尔-普朗特理论的基础上,考虑了四丁基氯化铵(TBAC)水合物的结构特征,建立了TBAC半笼型水合物相平衡模型。模型确定了水在空水合物晶格的蒸汽压及兰格缪尔常数与TBAC浓度的关系,引用e-NRTL模型和PR气体状态方程分别计算液相组分活度系数和客体分子气相逸度。同时,本文在280.1 K^293.6 K温度范围和0.337 MPa^7.017 MPa压力范围内预测了TBAC质量浓度范围为4.34%~34%的溶液体系下TBAC+CH4、TBAC+CO2半笼型水合物的相平衡条件,预测压力与实验数据的平均绝对偏差分别为3.2637%和9.2258%。预测结果与实验数据吻合较好。

笼形水合物及水合物技术现状及展望

简要介绍了笼形水合物概念及水合物研究史。阐述了水合物的3种晶体结构以及客体分子对晶体结构的影响,讨论了密度、热导率等物性,评述了水合物生成条件和生成机理方面的研究成果。着重介绍了水合物技术在水溶液浓缩和海水淡化、气体混合物分离、气体储运、近临界和超临界萃取、生物蛋白酶提取等主要领域中的应用状况。

笼形水合物储氢材料的研究概述

综述近几十年来国内外笼形水合物储氢材料的研究概况,介绍笼形水合物储氢材料的结构、稳定性,并对不同结构水合物的储氢特性及储氢量进行比较.最后对笼形水合物储氢材料研究中存在的问题及今后的发展方向进行探讨与展望.

TBAB水溶液体系中半笼型水合物的相平衡预测模型

四丁基溴化铵(TBAB)是一种广泛使用的水合物促进剂,可以显著降低水合反应的形成条件。针对TBAB水溶液中离子与溶剂间较强的相互作用力,采用电解质NRTL方程确定液相组分的活度系数,结合含TBAB水合物的晶体结构特征和Chen-Guo水合物模型,建立了TBAB水溶液体系中水合物形成热力学条件的预测模型。与TBAB质量分数为5%~60%的221个实验数据点进行对比分析,结果显示温度平均相对误差为0.112%,预测值与实验数据具有较好的一致性。通过关联混合电解质体系下盐-溶剂间的交互作用参数,该模型还可进一步扩展到TBAB+NaCl复合盐体系下水合物相平衡条件的预测。在TBAB质量分数范围为5%~20%、NaCl质量分数为3.5%~10%的复合盐溶液体系中,CO_(2)形成半笼型水合物的相平衡条件的实验值与预测值的温度偏差范围为0.01~1.17 K,二者比较吻合。本模型可以为水合物法气体分离、气体储运等技术的实际应用和工艺包开发提供理论基础。

笼形水合物研究与应用

介绍笼形水合物的晶体结构、性质,同时简要讨论了水合物实验和理论研究,评述了甲烷水合物作为一种潜在能源的价值;并对水合物技术的应用领域和前景进行了综述。

笼型水合物浆体生成和流动特性的研究进展

笼型水合物浆体(CHS)具有良好的流动特性和换热效果,且无老化失效现象,因此水合物浆蓄冷技术在制冷空调领域具有广泛的应用前景。本文综述了笼型水合物浆的生成和流动特性方面的研究进展,并对水合物生成的强化以及其浆体流动特性的改善研究作了介绍,最后对笼型水合物浆体今后的研究和应用做出了展望。

笼型甲烷水合物中单、双水分子缺位后的结构与稳定性

采用量子化学计算方法,对甲烷水合物基本空腔(H2O)20缺失水分子后形成的(H2O)19和(H2O)18笼型结构特征及其甲烷水合物的稳定性等进行了深入探讨。结果表明,只有相邻且同面的两个水分子缺失,甲烷才有溢出笼型的可能,笼型结构中O—O边长的变化主要源于氢键键长的改变,O—H共价键键长以及H—O—H键角的变化很小;同类结构异构体的稳定性主要由水分子间的结合能决定,非同类异构体的稳定性主要取决于相邻五元环的个数,而相邻四元环数目的增加将降低其稳定性。

中科院新型笼型水合物高压研制取得系列进展

为了研究笼形水合物的基本结构和构效关系，了解笼形水合物的形成、分解反应过程，中国科学院物理研究所／北京凝聚态物理国家实验室（筹）歼展了新型水合物研制和表征研究。研究人员利用高压、低温原位中子衍射实验，对极性一一氧化碳（CO）气体笼型水合物、小分子氖（Ne）气笼型水合物进行了研究，取得了一系列成果。

R141b气体水合物的晶体结构与结晶特性分析

通过搭建制冷剂气体水合物晶体制备与X射线衍射(XRD)测试装置,制备了以0.10 g SDS作为表面活性剂的R141b气体水合物晶体,获得了水合物结晶过程的反应温度曲线和实验样品的X射线粉末衍射图谱。结合反应温度曲线对实验样品衍射图谱的定性分析,确定了水合物制备过程中仅生成II型笼状水合物晶体;利用绝热法对实验样品的衍射图谱进行物相定量分析,发现制备样品时R141b加入量对样品中II型与Ih型晶体的平均质量之比及两相分布规律具有直接影响;结合气体水合物结晶理论对结晶反应温度曲线和衍射图谱进行了讨论,认为R141b加入量对气体水合物生成的结晶微观环境有关键影响,从而导致结晶反应温度曲线与实验样品衍射图谱呈现较大差异。

气体水合物的生成、测定和应用

对气体水合物的微观结构进行了详细的分析，阐述了气体水合物的实验测定方法以及它在工业上的应用。

动力学强化水合储氢技术研究进展

在碳达峰、碳中和的时代背景下,氢能等清洁绿色能源成为能源转型的关键,储氢技术作为氢能从生产到应用的中间桥梁而备受关注。笼型水合物是一种潜在的氢气存储材料,但储氢速率慢、储氢量低制约了水合储氢技术的工业化进程。因此,本文综述了近年来动力学强化水合储氢技术的研究进展,着重介绍了氢气水合物成核、生长动力学机理、提高驱动力、扩大气液接触面积以及改善扩散通道等动力学强化技术,并从储氢速率、储氢密度等方面总结了当前的动力学强化技术,以期促进相关研究的发展。本文指出未来相关工作应在以下几个方面展开:首先,深化氢气水合物的成核、生长和稳定机制研究;其次,寻求高效高驱动力的热力学促进剂,从根本上提高驱动力;最后,高效热力学促进剂与改善氢气水合物的扩散通道相结合,实现高储量和高速率的双重优化。

水合物形态学研究进展

水合物技术在气体分离、气体储存、海水淡化、蓄冷等领域有巨大的应用潜力。研究水合物的生长方式和形态特征在提高水合物储气量、降低水合物开采风险和防止水合物管道堵塞等方面有重要意义。本文从分子尺度的水合物晶格结构、毫米尺度的水合物晶体形态学和厘米尺度的水合物宏观生长形态学三个方面系统回顾了水合物形态学研究进展:总结了不同客体分子生成的不同类型水合物的不同晶格结构;从笼型水合物和半笼型水合物两个方面,阐述了过冷度、液相组成对水合物晶体形态学的影响;从金属表面传热、相界面传质、晶核加入以及促进剂的使用四个方面,介绍了水合物生长形态学的生长方式及其机理。本文总结了形态学研究对水合物技术工业化应用的积极作用并为水合物形态学研究的进一步发展提供参考。

储氢笼型水合物生成促进机理的分子动力学模拟研究

用分子动力学(MD)模拟方法研究水合物法储氢的促进机理,系统研究纯H2水合物、H2+四氢呋喃(THF)水合物、H2+四丁基溴化铵(TBAB)半笼型水合物和H2+四异戊基溴化铵(TiAAB)半笼型水合物的微观结构及性质.模拟分析客体与笼子之间的稳定能ΔEGH,得出水合物中大笼子对稳定水合物起到主要作用.THF进入大笼子能促进H2水合物稳定,降低H2水合物形成压力,模拟结果与实验一致.模拟对比不同客体在大笼子中的ΔEGH值,得出从小到大的顺序依次为TiAAB,TBAB,THF,H2.模拟结果表明半笼型水合物的稳定性比结构Ⅱ型水合物强,同时得出H2+TiAAB半笼型水合物的结构最稳定.MD模拟为TiAAB成为一种水合物新型促进剂和新型储氢材料提供了理论依据.

加压CO2／Xe／O2混合气体对芦笋贮藏特性的影响

惰性气体产生笼形水合物的保鲜技术是一种极具开发前景的高新技术,而气调贮藏是当今最先进的果蔬保鲜贮藏方法之一。就低氧条件下加压CO2/Xe/O2混合气体对芦笋的保鲜效果进行研究,优化了保鲜条件,并进一步对其保鲜机制进行了初步探讨。