城市生活有机垃圾各组分的厌氧消化产甲烷能力

通过生化产甲烷能力(BMP)测定实验确定了葡萄糖、大米、蔬菜、纸张、动物油、植物油和瘦肉等7种城市生活有机垃圾(BOFMSW)组分的生化产甲烷能力,并研究了抑制动物油、植物油和瘦肉厌氧消化过程的影响因素.实验结果表明,葡萄糖、大米、蔬菜和纸张在发酵过程中没有消化抑制发生,4种原料的生化产甲烷能力分别为241、210、147和244mL.g-1,相应地占理论产甲烷能力的64.5%、56.3%、32.6%和67.9%.瘦肉的厌氧消化过程停止产气后,消化液的总挥发性脂肪酸(VFAs)浓度为15800mg·mL-1,其中丙酸浓度为2509mg·mL-1;消化液中氨氮浓度为13892mg·mL-1;较高的VFAs和氨氮浓度共同作用形成消化过程的"抑制型稳态",抑制了产甲烷菌的产甲烷代谢,导致酸化率较高而生物气转化率却很低.猪油和花生油等脂类原料的厌氧消化,由于水解和酸化细菌受到长链脂肪酸(LCFAs)的抑制而影响了原料的降解和酸化,酸化率仅分别为11.5%和10.0%.

梅花鹿甲烷能代谢规律的研究

本文应用ＫＢ－１型呼吸测热装置，结合消化、代谢试验，对梅花鹿（Ｃｅｒｖｕｓｎｉｐｐｏｎ）甲烷能代谢规律进行了研究。结果表明，梅花鹿甲烷能的产生量随其采食量的增加而增加；也随着果食后时间的推移而减少，而且减少的幅度又随采食量的增加而下降；甲烷能的产生量分别占总能食入量、消化能食入量和体增热的６．６１％、８．８３％和１０．８８％；甲烷能的产生量随着日粮蛋白质水平的提高而降低，日粮蛋白质水平每提高１个百分点，甲烷能产生量就降低５８．５８ｋＪ／ｄ；分别以总能食入量（ＧＥＩ）和干物质食入量（ＤＭＩ）为自变量所建立的甲烷能（ＣＨ４Ｅ）估计分别为：ＣＨ４Ｅ（ｋＪ／ｄ）＝０．０７ＣＥＪ（ｋＪ／ｄ）－１０１．０４（ｎ＝１２，ｒ＝０．９４４，Ｐ＜０．０１）ＣＨ４Ｅ（ｋＪ／ｄ）＝９８．７８＋１．０５ＤＭＩ（ｇ／ｄ）（ｎ＝１２，ｒ＝０．９４２，Ｐ＜０．０１）

厌氧发酵过程中辅酶F_(420)浓度与产甲烷能力关系探究

以玉米酒精废醪为实验对象,采用批量式装置在37℃和27℃下进行厌氧发酵,探究厌氧发酵产沼气过程中辅酶F_(420)浓度与产甲烷能力的关系.结果表明:废醪在37℃下的产气情况优于27℃;37℃发酵体系的污泥中辅酶F浓度明显高于27℃的浓度;在发酵过程中,甲烷含量以及产量随辅酶F_(420)浓度的升高而升高,对甲烷产率和辅酶F_(420)浓度进行拟合,发现辅酶F浓度与甲烷产率之间存在良好的线性关系.

储层条件下煤吸附甲烷能力预测

煤的吸附能力受煤的性质(煤阶、煤岩组分、煤体变形)和环境条件(温度、压力)的控制。探讨储层温度、压力下的煤吸附能力是含气量预测的前提和基础。根据Polanyi的吸附势理论,结合实测等温吸附数据,首先绘制了煤吸附甲烷的吸附势特性曲线,然后建立反映吸附量、温度和压力三者之间关系的数学模型。此模型可在已知某一温度下的吸附等温线时,计算任一温度、压力下煤的吸附能力,也就是储层条件下的理论最大含气量。该模型的建立使得定量评价地质历史时期煤层气的聚集与散失成为可能,并且在沁水盆地东南部得到了成功应用。

温度对厌氧嗜热菌群产甲烷能力的影响

为提高厌氧发酵的效率,实现沼气发酵的可控化,采用序批次反应器来研究嗜热性微生物菌群在不同温度条件下对不同底物产甲烷潜力的变化规律.玻璃反应器(108 mL)中分别加入8 mL嗜热微生物菌群和0.5 mL的底物(乙酸或丙酸)以及31.5 mL的营养液,然后放置在9个不同处理温度(25～65℃)的生化培养箱中进行培养.反应器中甲烷的产量用气相色谱(Shimadzu GC-8A)来分析和测定.结果表明,当以乙酸作为底物时,该嗜热菌群的甲烷最大生产率在各处理温度都要高于以丙酸作为底物时平行样的产气率;试验所用嗜热菌群的最佳产气温度为40℃和55℃;在低温(≤30℃)和高温(＞60℃)条件下,该菌群表现为极低的产气率,同时表明该菌群对此温度范围极为敏感.

沼泽产甲烷能力和途径差异的机制

土壤中甲烷的形成有 2条途径 :乙酸发酵和H2 /CO2 还原。比较而言 ,乙酸发酵产甲烷的能力强于H2 /CO2 还原。在特定环境中 ,何种产甲烷途径占优势取决于底物尤其是活性有机碳含量 ,而新形成的有机碳尤为重要。活性有机碳含量丰富的沼泽 ,甲烷主要由乙酸发酵形成 ,因此产甲烷能力较强。导致沼泽产甲烷能力异同的原因就是有效底物含量差异 ,从而使不同类型沼泽环境中产甲烷菌菌种不同 。

果汁生产废弃烂果的产甲烷能力及厌氧消化影响因素研究

为了有效处理苹果汁工业生产过程中产生的高碳氮比(C/N=51.4)和低碱度的固体废弃物烂苹果,该研究采用序批式和连续式发酵工艺,评估烂苹果的厌氧消化产甲烷能力,并考察了氮源、碱度的添加和回流工艺对反应体系稳定和产甲烷效率的影响。研究表明,烂果的比甲烷产率可到达472.1 m L·g^(-1)VS。添加40 mg·g^(-1)TSNH_4Cl和50 mg·g^(-1)TS Na_2CO_3可以补充厌氧消化反应中消耗的碱度和氮源,提高反应体系的缓冲能力,并分别提升比甲烷产率11.6%和1.2%。消化污泥的上层固体的回流有助于提高反应效率,实现资源和能量的回收利用,负荷为1.6 g TS·L^(-1)d^(-1)时烂果的比甲烷产率可以达到398.0 m L·g^(-1)VS,提高22.3%,烂苹果中89.9%的能量能以甲烷的形式回收。

煤吸附甲烷能力影响因素分析

传统的煤成气理论认为,煤对甲烷的吸附能力主要受煤层温度和压力等因素的影响。近年来国内外的一些相关研究对该传统理论提出了不同的看法。文章在总结前人研究成果的基础上,从煤的粒径、煤层温度和压力、煤中水类型及水含量和煤的显微组分方面阐述了影响煤吸附甲烷的因素。一般认为,煤的主体是交联的有机大分子网状结构,网状结构会促使煤岩表面发育大量的超微裂隙和气孔构造,为甲烷提供更多的储集场所。高压和高温会使煤岩表面产生许多裂纹与空隙,甲烷更容易赋存在裂纹与空隙中。高温高压也会加快煤的变质速率,煤变质程度越高,甲烷含量越大。高压也会使甲烷在水中的溶解度变大,流水作用可以带走大量的甲烷。另外,吸附在煤岩的裂隙与孔隙的水还会减弱煤对甲烷的吸附能力。

三氟甲烷能形成分子间氢键吗

关于三氟甲烷能否形成分子间氢键的问题，笔者查阅数种中外文献和相关工具书，结合学习时的一点体会，谈谈对这个问题的认识。

沁水煤田赵庄矿区煤微生物产甲烷能力分析

为提高沁水煤田赵庄矿区的煤层气井产量,以煤地质微生物产甲烷理论为基础,采取本矿区煤层气井水,在荧光显微镜及古菌16s r DNA V6高变区宏基因组测序验证菌源可靠性后,采用厌氧培养的方法,分别在小型玻璃瓶和中型发酵罐中开展了为期49 d的煤炭生物转化模拟试验,分析了成气过程中菌群数量变化、成气规律,进行了产气试验后煤的工业分析、煤表面扫描电子显微镜观察。结果显示,小型和中型模拟试验中所产甲烷气体含量分别高达25%、31%;2个模拟试验菌液中菌群数量的变化均为缓慢增长、显著增加、趋于减缓3个阶段,与成气规律基本一致;对试验前后煤样工业分析进行比对后,发现固定碳含量和挥发分都有所下降;且观察到附着在煤表面进行煤降解的产甲烷菌群落。山西沁水煤田赵庄矿区的本源产甲烷微生物菌群可以对煤进行有效降解,并产生甲烷。

科学家开发新材料其存储甲烷能力创新纪录

可替代能源技术是当前纳米研究的一个热点。科学家最近开发出一种类似海绵的材料，它具有迄今为止最高的存储甲烷能力。相关论文发表在1月23日的《美国化学会志》（JACS）上。

生物甲烷能否在英国农场推开?

关于燃料的未来发展方向,目前人们似乎还没有定论。但是越来越多的事实表明,压缩、液化或以可再生形式出现的天然气正在成为替代油腻的石油原料,成为新的清洁动力源,厂家和用户都有很多有力的理由来使用它。

甲烷在钠基蒙脱土吸附的第一性原理研究

随着经济的发展,能源需求日益增加,为了弥补国内少油缺气短板,页岩气的开发成为近期新能源的热点,探索页岩气储存规律是页岩气能源开发的关键所在.本文采用密度泛函理论的第一性原理方法,计算甲烷(CH_(4))在钠基蒙脱土表面和层间的吸附能,对比吸附前后的态密度和物理结构以及差分电荷密度.结果表明:钠基蒙脱土表面吸附中,甲烷最佳选择是桥位,吸附能为-0.08eV,被吸附后甲烷的键长和键角变化率均小于0.96%.层间吸附中,伴随着甲烷吸附量增加,纳基蒙脱土体积向c轴方向线性增加,a、b轴方向则变化不大.总态密度随着吸附量的增加,总能级数量也增加,甲烷分子的分波态密度峰向低能级移动.本文的研究成果,从原子角度分析了甲烷在蒙脱石表面以及层间的吸附能力,为解释页岩气在页岩储存规律提供理论依据.

甲烷在ZnO表面反应制合成气的微观机理研究

利用密度泛函(DFT)和过渡态理论对甲烷分子在ZnO表面的微观反应过程进行第一性原理研究,通过建立ZnO表面的吸附模型,计算了吸附能、过渡态参数和态密度,探讨了甲烷分子在氧化锌晶体表面H解离以及H_(2)和CO的生成过程,结果表明:CH_(4)在ZnO(010)表面的最佳吸附位点为Zn位,吸附能为-4.65 kcal/mol,甲烷在氧化锌ZnO(010)面四次解离H(反应动力学上最有利路径)所需克服的能垒分别为38.6 kcal/mol、90.8 kcal/mol、53.2 kcal/mol和35.8 kcal/mol,其中甲烷第二次解离H_(2)过程能垒最高,是反应过程的决速步,降低该基元反应的活化能是关键,而-OH的形成抑制了-CH_(3)的解离.氧空位的形成增加活性位点的数量与提高位点的活性.甲烷与氧化锌表面的反应有两次H_(2)生成反应,第一次生成H_(2)的反应难度较大.

Ni-Ag双原子团簇催化甲烷干法重整反应的理论研究

甲烷干重整制合成气是将温室气体转换为合成气的有效途径,兼具环境效益和经济效益.本文采用密度泛函理论方法对Ni-Ag双原子团簇催化甲烷干重整反应的体系进行理论研究,对势能面上各驻点进行了全几何参数优化,通过频率分析确认了过渡态,并通过内禀反应坐标方法进行了验证,得出各基元反应的能量最低路径.研究结果对于理解在Ni上引入第二种金属Ag形成双原子团簇催化甲烷干法重整的理论研究有一定的意义,并为下一步实验研究提供理论基础.

南海北部水合物区HD109站位沉积物及孔隙水特征对甲烷渗漏的响应:来自元素和钡同位素的记录

甲烷渗漏活动及甲烷厌氧氧化作用(AOM)不仅导致特定自生矿物的形成,更会引起沉积物-孔隙水体系中元素和同位素组成的变化。本研究对南海北部水合物赋存区HD109站位开展了沉积物-孔隙水的Ba同位素及微量元素特征研究,综合分析了沉积物-孔隙水的氧化还原敏感元素(Mo、U)、Ba及Ba同位素特征对古今硫酸盐-甲烷转换带(SMTZ)及甲烷渗漏事件的指示。HD109站位孔隙水元素变化特征显示了清晰的地球化学分带,由上至下包括Fe-Mn还原带、硫酸盐还原带和硫酸盐-甲烷过渡带。沉积物Ba元素特征显示现今SMTZ上方有较为明显的钡峰(Ba/Al高值)发育,沉积物浅部Mo、U富集层位及相邻层位Ba/Al值特征综合指示了浅部古钡峰及古SMTZ的存在,代表沉积历史上甲烷渗漏通量较高事件。孔隙水δ^(138/134)Ba值普遍高于海洋颗粒钡及碎屑钡的δ^(138/134)Ba值,反映了沉积物中成岩重晶石溶解的贡献,其中,现代钡峰附近孔隙水具有明显的δ^(138/134)Ba峰值,显示孔隙水δ^(138/134)Ba对自生重晶石沉淀过程有较显著的响应。

井工煤矿甲烷排放精准监测与核算

甲烷作为全球第二大温室气体,具有增温潜势高、寿命短的特点,主要来源于煤炭、油气生产、农业、畜牧业和废弃物处理等领域。积极稳妥有序控制甲烷排放,兼具减缓全球温升的气候效益、能源资源化利用的经济效益、协同控制污染物的环境效益和减少生产事故的安全效益。甲烷也是煤矿生产排放中最主要的温室气体,目前对煤矿甲烷的排放监测及其在煤矿三维立体空间内的浓度分布研究将成为我国甲烷排放控制行动的重点,对煤矿企业更好顺应国家战略具有重要意义。选取山西某高瓦斯矿井、陕西某低瓦斯矿井进行甲烷排放监测核算,以固定监测、手工监测、无人机监测及矿后活动监测等方式研究我国高低瓦斯矿井甲烷分布,并对其甲烷排放量开展分析。结果表明:①美国Climate TRACE网站公布的山西某高瓦斯矿井、陕西某低瓦斯矿井2022年度甲烷排放量与实测法计算的结果差异较大,其中公布的某低瓦斯矿井年度甲烷排放量为实测法计算结果的10.92倍,自上而下的监测核算方法准确性不足,无法为碳交易提供可靠的数据支持。②矿后活动监测核算发现,采用IPCC缺省值计算的矿后活动甲烷排放量是实测法计算的3~5倍,且不同粒径和暴露时间下煤样反馈的矿后活动排放量差异较大。亟需一套统一精准的测试标准,为未来碳市场交易提供公平准确的数据。

湿地甲烷代谢对氮输入响应的复杂性及其机制分析

氮素是影响湿地甲烷代谢过程的重要因素之一。氮输入是否影响湿地甲烷排放,增加全球气候变暖的风险,一直受到科学界的高度关注。目前关于氮输入对湿地甲烷排放影响的几篇meta-analysis文章的主要结论均为氮输入促进湿地甲烷排放,但是多篇研究性论文的结果为氮输入抑制或不影响湿地甲烷排放,由此可见氮输入对湿地甲烷排放的影响十分复杂。湿地甲烷代谢包括湿地甲烷产生、氧化和传输过程以及最终的甲烷排放,综述不同形态氮输入对水稻田、内陆湿地和滨海湿地甲烷排放通量影响的复杂性;分析湿地甲烷产生速率和途径、甲烷好氧氧化和硝酸盐/亚硝酸盐型厌氧甲烷氧化对不同形态氮输入的响应及机制。硝态氮输入对湿地甲烷产生具有抑制作用已成共识,然而其它形态氮输入对湿地土壤甲烷产生的影响具有较大的不确定性,氮输入影响湿地甲烷产生的机制主要包括电子受体-底物竞争机制、离子毒性机制、促进植物生长-碳底物供给增加机制以及pH调控机制等。氮输入对湿地好氧甲烷氧化影响的研究多集中在水稻田和泥炭湿地,影响的结果包括促进、抑制或影响不显著;氮输入促进湿地土壤硝酸盐/亚硝酸盐型厌氧甲烷氧化。着重分析氮输入对湿地甲烷代谢影响不确定性的成因,指出湿地甲烷代谢对氮输入的响应是一个生态系统层面的生物地球化学过程,并提出氮输入是最具争议效应的驱动因素之一,其对甲烷代谢的影响很难得出明确的模式,可能需要考虑湿地土壤特征(本底氮含量、有机碳含量、土壤C:N值等)以及植物群落类型和特征,最后提出今后在氮输入对湿地甲烷代谢影响方面应加强的研究领域。

温和条件下甲烷提高水合物储氢稳定特性机理

CH_(4)作为促进剂可大幅降低水合物储氢苛刻的热力学条件并提高H_(2)水合物的总储能密度,但目前对CH_(4)提升水合物储氢机理的认识较为缺乏。为此,通过分子动力学模拟研究并建立了CH_(4)/H_(2)双客体分子水合物模型,采用径向分布函数、构象分析和均方位移等方法综合分析了不同温度和压力下水合物结构的稳定性,探究了H_(2)占据孔穴位置、占据比例和水合物热力学稳定性之间的关联,揭示了温和条件下CH_(4)促进水合物储氢的微观机理。研究结果表明:(1)纯H_(2)水合物在严苛条件下笼型结构破损严重,而纯CH_(4)水合物在263~273 K及5~20 MPa温压条件下能稳定存在,说明CH_(4)水合物具备良好的热力学稳定性;(2) 263 K下储氢结构更为稳定,而5^(12)小笼可填充1~2个H_(2)分子,5^(12)6~2大笼中最佳储存3个H_(2)分子,且大笼储氢结构对水合物稳定性影响大,受温度的影响更为敏感。结论认为,CH_(4)/H_(2)水合物储氢体系3L+2S、3L+2L、2S+2S体系在263 K、15~20 MPa温和条件下综合性能较好,其中3L+2S具备最优的热力学稳定性,储氢密度可达0.301%(质量百分比),该研究成果可为水合物储氢技术开发提供理论指导和技术参考。

场站空间甲烷逸散泄漏激光遥测光路匹配研究

基于计算流体力学(CFD)对非合作目标条件下甲烷遥测路径进行分析,结合一维视线积分浓度表征模型,开展不同风速、不同泄漏位置工况下甲烷逸散数值模拟研究,探究不同扫描方案下,甲烷视线积分浓度值变化规律,获得油气场站激光检测最优方案,与实际检测路径进行光路匹配。研究结果表明:在不同泄漏位置与不同风速条件下,光路水平距离为5 m的扫描方案能够实现油气场站泄漏气体的快速扫描与报警;随着泄漏位置与检测器水平距离增大,风速增强,光路水平距离为5 m的扫描方案在报警时间方面比其他方案优越性更明显。