煤表面官能团对CH_(4)及CO_(2)吸附性能的影响规律研究

煤表面官能团对CH_(4)以及CO_(2)吸附性能的影响已得到印证,但不同官能团类型对2种气体吸附行为的具体促进与阻碍作用以及影响因素尚未有定论。利用密度泛函理论,通过计算不同官能团化结构对CH_(4)以及CO_(2)的吸附能数据,揭示了表面官能团对CH_(4)以及CO_(2)吸附性能的作用规律。结果表明:无论是在经官能团修饰的结构中还是无官能团化碳-Layer结构中,CO_(2)的吸附能均大于CH_(4),表明CO_(2)与煤大分子结构间的作用均大于CH_(4)。CH_(4)在CH_(4)/CO_(2)竞争吸附的吸附能模拟中,吸附平衡距离大于单一CH_(4)分子吸附模拟平衡距离;CO_(2)在CH_(4)/CO_(2)竞争吸附的吸附能模拟中,吸附平衡距离小于单一CO_(2)分子吸附平衡距离,CO_(2)表现出竞争吸附优势。CH_(4)在不同含氧官能团化结构中吸附能大小的顺序为羰基-Layer结构(-23.64 kJ/mol)>羟基-Layer结构(-19.44 kJ/mol)>羧基-Layer结构(-18.28 kJ/mol),上述吸附能均都小于CH_(4)在无官能团化C-Layer结构中的吸附能(-25.37 kJ/mol);含氧官能团的存在削弱了煤体的CH_(4)吸附性能,且影响强弱与官能团的碱性与疏水性有关。CO_(2)在不同含氧官能团化结构中吸附能大小的顺序为羧基-Layer结构(-36.33 kJ/mol)>羟基-Layer结构(-34.06 kJ/mol)>羰基-Layer结构(-33.43 kJ/mol),上述吸附能均大于CO_(2)在无官能团化碳-Layer结构中的吸附能(-32.54 kJ/mol));含氧官能团的存在提高了煤体的CO_(2)吸附性能,且影响强弱与官能团的极性有关。吡啶氮官能团化结构中CH_(4)的吸附能为-31.00 kJ/mol,大于无官能团化碳-Layer结构中CH_(4)的吸附能;吡咯氮官能团化结构中CH_(4)的吸附能为-6.40 kJ/mol,,小于无官能团化碳-Layer结构中CH_(4)的吸附能。CO_(2)在吡啶氮官能团化结构与吡咯氮官能团化结构中的吸附能分别为-50.56 kJ/mol与-14.71 kJ/mol。含氮官能团对煤体结构吸附CH_(4)和CO_(2)的阻碍与促进作用具有相同的规律,即吡啶促进吸附而吡咯阻碍吸附。