基于上海高层建筑观测冬季大气CO_(2)/CH_(4)垂直变化

采用便携式温室气体分析仪于2021年12月6日~2022年3月31日在上海中心大厦255和500m高度以及浦东新区环境监测站25m高度连续观测大气CO_(2)和CH_(4)浓度.结果表明:(1)城市中不同高度上温室气体的日变化趋势存在差异,25m高度CO_(2)和CH_(4)浓度白天低夜间高,255和500m高度的浓度则白天高夜间低.各高度处CO_(2)和CH_(4)浓度变化都明显受大气边界层高度的影响,因此城市内部温室气体浓度垂直观测中观测点高度设置要充分考虑城市大气边界层的变化特征.(2)CO_(2)和CH_(4)浓度的垂直差异受到人为活动以及气象等条件的影响,可以指征城市大气CO_(2)和CH_(4)浓度增强的局地和区域贡献.(3)各高度处(25,255,500m)CO_(2)浓度与CH_(4)浓度均显著相关,但观测高度越高所代表的浓度贡献源区越大,多种排放源的干扰使得温室气体之间的同源性变差,导致其相关性随着高度增加而降低.城市温室气体浓度的垂直观测提供了从水平方向上无法获得的独特信息,因此有必要在城市开展立体化的温室气体监测,以便更好地捕捉大气温室气体浓度的变化,从而服务于城市碳减排政策.

光热协同驱动SrTiO_(x)负载CuCo催化CO_(2)-CH_(4)和H_(2)O共转化制备C_(2)含氧化合物

催化转化CO_(2)为乙醇、乙醛等高值C_(2)含氧化合物是一个具有科学意义和经济价值的化学过程.然而,由于碳氧键活化难、多电子(≥10)转移过程复杂以及C–C偶联动力学缓慢等问题,导致该过程的反应效率低.CO_(2)因热力学稳定、动力学惰性,其加氢活化通常是强吸热过程(如CO_(2)活化成CO的ΔH_(2)98K=42.1 kJ mol^(–1)),因此需要在一定温度下才能获得满意的CO_(2)转化率.与此同时,CH_(4)作为碳化学价态最低的化合物,其氧化过程与CO_(2)的还原过程可以耦合,共同转化为高值化学品,同样受到了广泛关注.但CH_(4)的活化同样需要高温等苛刻条件,因此,在温和条件下共转化CO_(2)和CH_(4),选择性构建高值C_(2)含氧化合物,是一个重要且具有挑战性的研究方向.本文提出利用光外场和水活化策略,即利用光解水产生的活性氢和活性氧物种,在温和条件下实现CO_(2)和CH_(4)的高效、高选择性活化及共转化.光照下,在钛酸锶(SrTiO_(x))负载的具有丰富Cu-Co界面的催化剂上,光解水产生的活性氢和活性氧物种,分别活化CO_(2)的碳氧键和CH_(4)的碳氢键,在Cu和Co位点上分别形成*CH_(x)O和*CH_(3)物种,进而通过C–C偶联高效生成C_(2)含氧化合物.在200°C和光照条件下,C_(2)含氧化合物(CH_(3)CHO和CH_(3)CH_(2)OH)的生成速率高达2.05 mmol g^(–1)h^(–1),同时产物选择性>86%.同位素标记、红外光谱示踪的原位反应和催化实验结果表明,紫外光激发下,SrTiO_(x)上的金属位点促进了光催化水裂解,生成活性氢和活性氧物种(该过程为整个反应的决速步骤).活性氢物种使吸附在SrTiO_(x)上的CO_(2)活化并转化为CO;随后,在CuI/Cu^(0)对上,CO加氢生成*CH_(x)O中间体.另一方面,在Co位点上,CH_(4)与活性氧物种发生反应,被活化为*CH_(3)中间体.最后,*CH_(x)O与*CH_(3)两种中间体在CuCo界面处发生C–C偶联反应,进而形成C_(2)含氧化合物.与传统的热催化下的CO_(2)和CH_(4)共转化过程相比,光热协同策略使该反应温度降低了超过600°C,并且反应活化能降低了约12 kJ mol^(–1),表明光热协同策略不仅可以大幅降低反应温度,还能极大提升反应动力学,为强吸热反应过程提供了一条提效降耗的反应途径.综上所述,本工作通过构建结构精准可控的SrTiO_(x)负载的CuCo邻近界面结构,同时利用光解水产生的活性氢/氧物种促进CO_(2)和CH_(4)活化,实现了高效定向共转化.本文提出的“光热协同”策略为高效活化CO_(2)制高值化学品提供了新的研究思路,同时显著降低了能耗,对解决强吸热催化反应高能耗问题提供了参考.

CF_(3)H和CO_(2)抑制CH_(4)爆炸实验研究

为对比研究CF_(3)H和CO_(2)对CH_(4)爆炸特性的抑制效果,使用20 L球型爆炸压力测试系统分别测量对比2种抑制剂对CH_(4)在空气中爆炸极限范围的影响;研究了不同体积分数的2种抑制剂对CH_(4)体积分数9.5%爆炸压力参数影响,分析了2种抑制剂针对CH_(4)在空气中爆炸的爆炸三角形。结果表明:CF_(3)H和CO_(2)均能缩小CH_(4)在空气中的爆炸极限范围,抑制CH_(4)至失爆所需CF_(3)H和CO_(2)体积分数分别为12.5%和21.5%;对比抑制CH_(4)体积分数9.5%的爆炸参数(反应峰值压力和升压速率),10%CF_(3)H的抑爆能力是等量CO_(2)的1.95倍和1.3倍,但是低于体积分数4%的CF_(3)H单独使用时对CH_(4)爆炸存在微弱的促进作用;2种抑制剂作用下的爆炸三角形显示CF_(3)H抑制下的可爆区域面积小于CO_(2),安全区域内CF_(3)H的窒息比是CO_(2)的57%。

嘉陵江四川段平水期CH_(4)、CO_(2)排放通量空间分布特征及影响因素

河流是陆地生态系统中内陆水域温室气体的重要排放源。以嘉陵江四川段为研究对象,于2021年10月采集表层水样,运用改良顶空法采集表层水体溶存的CH_(4)、CO_(2),分析了研究区域平水期CH_(4)、CO_(2)溶存浓度与排放通量的空间分布特征,并探究水体理化性质和土地利用类型对温室气体排放的响应。结果表明,嘉陵江四川段人类活动主导了水质变化特征,城市和农业活动是氮素和磷素沿河流方向累积的重要原因。表层水体中CH_(4)和CO_(2)浓度分别为(16.87±15.55)nmol·L^(-1)和(836.11±132.68)μmol·L^(-1),排放通量分别为(68.39±81.26)nmol·m^(-2)·d^(-1)和(1596.08±1291.61)μmol·m^(-2)·d^(-1)。CH_(4)、CO_(2)浓度和排放通量具有较大空间异质性,不同土地利用类型条件下,耕地主导河段接收了较多的非点源污染和陆源碳。这些污染物质的输入导致水体理化性质发生改变,影响水生植物和浮游植物生长以及微生物活动,进而给CH_(4)和CO_(2)产生和释放造成影响。总氮(TN)、磷酸盐(PO_(4)^(3-)-P)和耕地面积占比是影响嘉陵江四川段温室气体排放的关键因子,表明温室气体排放不仅受河流生态环境的影响,还受不同土地利用类型条件下人类活动的影响。

无锡市近地面大气CO_(2)和CH_(4)车载移动观测及热点识别研究

城市是温室气体的排放热点。基于3台便携式CO_(2)/CH_(4)/H_(2)O分析仪于2022年夏季观测无锡市近地面大气CO_(2)和CH_(4)浓度。结果表明:(1)近地面大气CO_(2)和CH_(4)浓度高于背景站的,且不同功能区CO_(2)和CH_(4)浓度存在差异。近地面大气CO_(2)浓度与城市背景站差值(ΔCO_(2))空间分布呈现为商业居民混合区的>住宅区的>工业区的>林区的>太湖景区的;而CH_(4)浓度的差值(ΔCH_(4))空间分布呈现为商业居民混合区的>林区的>住宅区的>工业区的>太湖景区的。(2)车辆排放是无锡市主要的CO_(2)和CH_(4)排放源,污水处理厂是主要的CH_(4)排放源,排放热点附近大气CO_(2)和CH_(4)浓度较周围高约30%及以上。(3)隧道内CH_(4)∶CO_(2)值为0.0014±0.00001,表明无锡市车辆以CO_(2)排放为主。

分子模拟CH_(4)和CO_(2)在方解石-白云石岩层的吸附机理

为揭示碳酸盐岩层页岩气的富集特征和开采机理,采用巨正则蒙特卡洛、分子动力学和密度泛函耦合方法探究了不同地质埋深条件下CH_(4)和CO_(2)在方解石-白云石岩层的吸附机理。研究表明,CO_(2)在方解石-白云石岩层的吸附热为38~48 kJ/mol,其在白云石表面的吸附能大于44 kJ/mol,从理论上证实CO_(2)在白云石表面可形成化学吸附。白云石表面CO_(2)的吸附密度峰大于方解石表面,白云石更有利于CO_(2)的地质封存。随着地质埋深的增加,纯组分CO_(2)和CH_(4)在方解石-白云石岩层的超额吸附量分别在600、1600 m会出现一个极大值;而CH_(4)的总负载量随着地质埋深的增加先迅速增加,在3000 m后增长缓慢。因此,CO_(2)在方解石-白云石岩层地质封存的有利埋深约在600 m,CH_(4)的富集有利区位于3000 m以深。CH_(4)的采收率与CO_(2)的注入压力成正比,并随着地质埋深的增加先增加,当地质埋深大于1000 m后,采收率趋于平稳。该研究为碳酸盐岩层页岩气的储量评估和CO_(2)强化页岩气开采技术的应用提供重要理论依据。

太阳能熔融盐供热的CH_(4)-CO_(2)重整热化学储能反应热力学分析

以太阳能熔融盐为载热工质的CH_(4)-CO_(2)重整热化学反应是极具应用潜力的热化学储能技术,为探讨工业级CH_(4)-CO_(2)重整储能反应器在不同操作条件下热力学性能的变化规律,建立了基于太阳能熔融盐供热的CH_(4)-CO_(2)重整储能反应器的二维拟均相数学模型,通过数值模拟分析了反应混合物进口温度(T_(in))和进口摩尔流率(F_(tot,in))对反应器内温度、反应转化率和热化学储能效率等的影响规律。结果表明:当进口温度较高时(T_(in)=823 K),转化管内温度沿转化管轴向表现为先降低后升高的变化趋势;当进口温度较低时(T_(in)=573K),转化管内温度沿转化管轴向单调升高;T_(in)=573K下,随着进口摩尔流率的增大,反应转化率单调减小,化学储能效率呈现先增大后减小的变化趋势;在进口摩尔流率相同的条件下,进口温度越高,反应转化率和化学储能效率越大;T_(in)=823 K下,随着进口摩尔流率的增大,显热储能效率和热损失率减小,化学储能效率增大;F_(tot,in)=1 mol/s下,随着反应混合物进口温度的升高,化学储能效率与热损失率增大,显热储能效率减小。

东曲矿8号煤CO_(2)和CH_(4)竞争吸附特性分子模拟研究

深入了解煤层中CO_(2)和CH_(4)竞争吸附的微观机制是实现CO_(2)驱替甲烷开采(CO_(2)-ECBM)的关键,基于东曲矿8号煤的大分子结构模型开展了CO_(2)和CH_(4)的单组分与双组分竞争吸附研究。结果表明:单组分吸附中CO_(2)的吸附量显著大于CH_(4)的吸附量,双组分竞争吸附中的总吸附量随着CO_(2)的摩尔分数的增大而增大;不同摩尔比条件下的双组分吸附中CO_(2)对CH_(4)的选择性吸附系数始终大于1,且CO_(2)摩尔分数越大,选择性吸附系数越小;相互作用能随着吸附量的增大而显著增大,CO_(2)吸附体系中较大的静电能促进了煤大分子对CO_(2)吸附,因此,不同摩尔比体系的相互作用能随着CO_(2)摩尔分数的增加而显著增加;单组分吸附中CO_(2)的吸附势大于CH_(4)的吸附势,双组分竞争吸附中CO_(2)的吸附势随着CO_(2)摩尔比的增加而增加,而CH_(4)的吸附势随着CO_(2)摩尔比的增加而降低,该结果与吸附选择性分析的结果一致。

基于二维蛭石纳米片混合基质膜分离CO_(2)/CH_(4)性能研究

本研究以聚醚-聚酰胺嵌段共聚物(Pebax)为高分子膜基质,二维蛭石纳米片(VMT)为填充剂,制备不同填充量的混合基质膜(Pebax-VMT MMMs)。利用蛭石纳米片的结构以及其在混合基质膜内的排列方式,为CO_(2)构筑传输通道,同时提高膜对CO_(2)/CH_(4)的分离性能。通过对Pebax-VMT MMMs的表征和气体分离特性进行研究,结果表明,填充VMT后混合基质膜在CO_(2)/CH_(4)体系中的分离效果明显增强。当VMT填充量为5 wt%时,Pebax-VMT MMMs表现出了最优的CO_(2)分离性能,CO_(2)的渗透量为489.31 Barrer, CO_(2)/CH_(4)的选择性为39.96,与纯Pebax膜相比,CO_(2)渗透量增加98.3%,同时CO_(2)/CH_(4)的选择性增加84.2%。

Highly selective photocatalytic reduction of CO_(2) to CH_(4) on electron-rich Fe species cocatalyst under visible light irradiation

Efficient photocatalytic reduction of CO_(2) to high-calorific-value CH4,an ideal target product,is a blueprint for C_(1)industry relevance and carbon neutrality,but it also faces great challenges.Herein,we demonstrate unprecedented hybrid SiC photocatalysts modified by Fe-based cocatalyst,which are prepared via a facile impregnation-reduction method,featuring an optimized local electronic structure.It exhibits a superior photocatalytic carbon-based products yield of 30.0μmol g^(−1) h^(−1) and achieves a record CH_(4) selectivity of up to 94.3%,which highlights the effectiveness of electron-rich Fe cocatalyst for boosting photocatalytic performance and selectivity.Specifically,the synergistic effects of directional migration of photogenerated electrons and strongπ-back bonding on low-valence Fe effectively strengthen the adsorption and activation of reactants and intermediates in the CO_(2)→CH_(4) pathway.This study inspires an effective strategy for enhancing the multielectron reduction capacity of semiconductor photocatalysts with low-cost Fe instead of noble metals as cocatalysts.

页岩纳米孔隙中CO_(2)和CH_(4)吸附扩散分子模拟研究

为进一步揭示多组分气体在页岩纳米孔隙中的分子动力学行为,采用石墨烯构建了页岩纳米孔隙模型,基于巨正则蒙特卡洛方法(GCMC)和分子动力学方法(MD),研究了不同温度下CO_(2)和CH_(4)在页岩纳米孔隙中的竞争吸附和扩散的微观机理,对吸附等温线、吸附选择性、径向分布函数和气体扩散系数进行了相关分析。结果表明,CO_(2)吸附量始终高于CH_(4),CO_(2)和CH_(4)吸附选择性系数大于1,即页岩中注入CO_(2)能够置换出CH_(4);CO_(2)、CH_(4)分别与页岩在0.389、0.761 nm处出现峰值,峰值大小的关系为g_(ab)(CO_(2))>g_(ab)(CH_(4)),说明CO_(2)与页岩之间的相互作用更强;扩散系数的关系为D(CO_(2))>D(CH_(4))。研究结果从微观角度为注气驱替和高效开发页岩气提供一定的理论指导。

CO_(2)-CH_(4)气体节流及水合物生成特性

CO_(2)驱采油举升过程中,随着压力的降低,采出液会析出大量伴生气,伴生气中CO_(2)含量高达50%~90%,相比CH_(4)气体,气态CO_(2)节流致冷效应更强,引起的低温可能会生成水合物堵塞管道,威胁集输系统的运行安全。采用高压蓝宝石反应釜研究了CO_(2)含量对CO_(2)-CH_(4)气体节流及水合物生成特性的影响。结果表明:当初始压力为高压(16 MPa)时,相同CO_(2)占比的混合气体,节流效应系数Di约为1.3~5.4℃/MPa,CH_(4)的掺入将增强混合气体节流效应,说明高压段主要受CH_(4)节流效应的影响;当初始压力为低压(5 MPa、4 MPa)时,节流效应系数Di约为3.4~11.9℃/MPa,CH_(4)的掺入将减弱混合气体节流效应,说明低压段主要受气相CO_(2)节流效应的影响;相同CO_(2)含量的CO_(2)-CH_(4)气体所处压力越高,水合物生成的温度越高,越容易生成水合物;在相同压力下,CO_(2)含量越低,生成水合物温度越低;CO_(2)含量在8%~100%,压力在1.5~5 MPa,水合物生成温度为0.5~10℃。实验与软件模拟数据对比结果表明PR状态方程对CO_(2)-CH_(4)的节流及水合物生成特性计算具有较高的相关性。研究结果可为安全集输工艺参数的选择提供参考。

CO_(2)及混合气体提高CH_(4)水合物置换率机理研究

CO_(2)置换开采天然气水合物法可在开采CH_(4)的同时将CO_(2)以固态水合物形式封存海底,对于解决能源和环境问题意义重大,但目前该技术尚不成熟,置换率较低。以构建CO_(2)及混合气体置换水合物团簇及晶体超胞结构为基础,通过计算置换能、相互作用能及态密度建立了CO_(2)占据孔穴状态、相互作用能和置换能三者之间的关联,研究了置换反应的可行性和CH_(4)开采率受限的微观机理,同时进一步通过分子动力学预测了晶体结构的稳定性。结果表明,CO_(2)优先置换水合物51262大笼中的CH_(4),相比于CH_(4)与5^(12)6^(2)大笼间的相互作用能,其相互作用能增大2.26 eV,可稳定水合物结构,置换能为2.16 eV。当CO_(2)开始占据5^(12)小笼时,其相互作用能比5^(12)6^(2)大笼小0.17 eV。以n(CO_(2)):n(N_(2))=1:3的混合气体全部置换CH_(4)具有热力学可行性,且晶体结构在3 MPa、263 K下可稳定存在,水分子的均方位移小于CH_(4)水合物,表明混合气体置换CH_(4)后水合物晶体具有动力学稳定性。该结果为CO_(2)及混合气体置换天然气水合物技术的基础研究和应用提供了科学依据和理论指导。

CH_(4)和CO_(2)偶联直接合成乙酸的研究进展

CH_(4)和CO_(2)偶联直接合成乙酸是典型的绿色化学反应之一,但是也是一个热力学不利的过程,实现该反应是化学工程与技术的巨大挑战。CH_(4)和CO_(2)作为性质稳定的化合物,在温和条件下的活化与转化是催化领域的难题。综述了近年来国内外CH_(4)和CO_(2)偶联直接合成乙酸的研究进展,重点介绍了克服热力学不利的方法、反应机理以及催化剂研发等方面的工作,分析了构建高性能催化剂可行的方向,展望了CH_(4)和CO_(2)偶联直接合成乙酸的未来发展方向,并提出了相关建议。

大气CO_(2)浓度缓增、骤增和不同施氮水平对稻田CH4排放的影响

为探究大气CO_(2)浓度缓增、骤增和不同施氮水平对稻田CH_(4)排放的影响,基于CO_(2)浓度自动调控平台开展水稻试验,以“南粳9108”为试验品种,采用静态箱-气相色谱法测定CH_(4)通量。在背景大气CO_(2)浓度(CK)的基础上,设置CO_(2)浓度缓增(C_(1)处理,从2016年开始逐年增加40μmol·mol^(-1),至2018年增加120μmol·mol^(-1))和骤增(C_(2)处理,CO_(2)浓度每年均增加200μmol·mol^(-1))处理;在常规施氮量(N 1处理,25 g·m^(-2))的基础上设置氮肥减施处理(N_(2)处理,15 g·m^(-2))。结果表明,CO_(2)浓度缓增、骤增和不同施氮量均没有改变稻田CH_(4)通量的季节变化规律,总体上呈现先增加后减小的趋势。在整个生育期,CO_(2)浓度缓增、骤增对稻田单位产量CH_(4)排放量无显著影响。在C_(2)条件下,与N 1处理相比,N_(2)处理水稻产量显著降低45.2%(P=0.037),同时稻田单位产量CH_(4)排放量显著增加63.3%(P=0.008)。综上所述,随着CO_(2)浓度升高,氮肥减施至15 g·m^(-2)会减少水稻产量,同时增加稻田单位产量CH_(4)排放。

高分散Ru/Si_(3)N_(4)催化剂的制备及其在CO_(2)加氢中的应用

氮化硅是一种良好的载体,具有较高的水热稳定性和机械稳定性,其表面的氨基基团能够较好地锚定金属,显著提高金属分散度。但是,商品氮化硅比表面积较低,对金属分散作用仍然有限。因此,以自制的高比表面积氮化硅(Si_(3)N_(4))为载体,通过浸渍法制备了不同Ru负载量(质量分数分别为0.5%、1.0%和2.0%)的催化剂(分别为0.5%Ru/Si_(3)N_(4)、1.0%Ru/Si_(3)N_(4)和2.0%Ru/Si_(3)N_(4)),并以商品氮化硅(Si_(3)N_(4)-C)为载体制备了2.0%Ru/Si_(3)N_(4)-C催化剂作为对照组。表征了催化剂的理化性质,测试了其在300℃、0.1 MPa下的CO_(2)加氢反应活性。结果显示,与Si_(3)N_(4)-C相比,Si_(3)N_(4)的比表面积较高(502 m^(2)/g),Si_(3)N_(4)作为载体显著提高了金属分散度,降低了金属粒径,催化剂暴露出更多的活性位点。0.5%Ru/Si_(3)N_(4)的金属粒径较小,展现出强的H_(2)吸附能力,H难以解吸,抑制了中间物种CO加氢生成CH_(4)。随着Ru负载量增加,金属粒径增大,催化剂的CH_(4)选择性更好。Ru/Si_(3)N_(4)系列催化剂中,2.0%Ru/Si_(3)N_(4)的CH_(4)选择性较高(98.8%)。空速为10000 m L/(g·h)时,0.5%Ru/Si_(3)N_(4)的CO选择性为88.2%。与2.0%Ru/Si_(3)N_(4)相比,2.0%Ru/Si_(3)N_(4)-C的金属粒径更大,活性位点较少,活性更低。2.0%Ru/Si_(3)N_(4)和2.0%Ru/Si_(3)N_(4)-C的CO_(2)转化率分别为53.1%和9.2%。Si_(3)N_(4)有效提高了金属分散度,提高了催化剂的CO_(2)加氢反应活性;通过调控Ru负载量控制催化剂金属粒径,可实现对产物CO或CH_(4)选择性的调控。

植物调节湿地CO_(2)和CH_(4)排放对淹水增强的响应

在闽江河口鳝鱼滩潮汐沼泽湿地设置有植物与无植物2种中宇宙,每种中宇宙设置对照(CK)、CK-20cm、CK-40cm 3种高程处理,以此模拟研究淹水增强对有无植物2种中宇宙的CO_(2)和CH_(4)排放通量的影响.结果表明,淹水增强未显著改变植物的总生物量和植物株高,但增加植物地下生物量,减少植物地上生物量.在有植物中宇宙中,土壤氧化还原电位(ORP)和溶解性有机碳(DOC)浓度随着淹水增强而增加.在无植物中宇宙中,DOC浓度也随着淹水增强而增加,但土壤ORP随淹水增强变化不显著.与CK相比,在CK-20cm和CK-40cm 2种高程处理中,有植物中宇宙中CO_(2)排放通量分别增加43%和61%,而CH_(4)排放通量则分别增加66%和84%.在无植物中宇宙中,CO_(2)和CH_(4)的排放通量随着淹水增强无显著变化.未来海平面上升50~100a内,有植被的潮汐沼泽湿地综合增温潜势会增加,土壤有机碳储量会显著下降;无植被的潮汐沼泽湿地综合增温潜势将下降,土壤有机碳储量不会显著改变.

不同水位管理对恢复泥炭地土壤CO_(2)、CH_(4)排放的影响

泥炭地水文条件影响泥炭地生物地球化学循环,控制和维持着泥炭地生态系统的结构和功能,是泥炭地生态恢复的重要前提。然而,目前关于恢复泥炭地土壤碳排放对不同水位的响应尚不明确。以长白山区天然(NP)、退耕(DP)及实施不同水文管理的恢复泥炭地(低水位(LR)、高水位(HR)与高低交替水位(H-LR))为研究对象,采用静态箱-气相色谱法对研究区泥炭地进行生长季(6—10月)土壤CO_(2)、CH_(4)排放监测。结果表明:温度和水位变化是研究区泥炭地土壤CO_(2)、CH_(4)排放季节变化的主控因子。H-LR受水位控制的影响,生长季土壤CO_(2)排放速率波动剧烈,其它水位管理恢复区土壤CO_(2)排放速率呈单峰型排放模式,且均与近地表温度呈指数相关(P<0.05)。除HR外,土壤CO_(2)排放速率与水位呈显著负相关(P<0.05)。生长季,研究区HR土壤CH_(4)排放速率呈双峰型,H-LR与NP的土壤CH_(4)排放呈单峰型,与近地表温度呈指数相关(P<0.05),LR水位与CH_(4)排放速率显著正相关(P<0.05)。研究区不同水位管理恢复泥炭地土壤碳排放差异显著,虽然HR的土壤CO_(2)-C累积碳排放量显著低于其它水位恢复区,但其土壤CH_(4)-C累积碳排放量和综合增温潜势显著高于其它水位恢复区(P<0.05)。LR的累积碳排放量显著低于退化泥炭地,且其综合增温潜势最低。因此,建议在泥炭地恢复初期将低水位管理作为短期策略,以更好地恢复泥炭地碳汇功能,减弱其增温潜势。

低渗煤层CO_(2)-ECBM过程的CO_(2)和CH_(4)的扩散特征

气体扩散能力的强弱是决定CO_(2)-ECBM成败的关键因素之一。以中国两淮低渗含煤区刘庄矿13煤和祁东矿7煤的煤储层孔隙特征为研究对象,开展CO_(2)-ECBM过程中CO_(2)和CH_(4)气体的扩散行为研究,以期获取CO_(2)和CH_(4)气体在储层条件下的扩散规律,为研究低渗煤层CO_(2)-ECBM过程的扩散规律提供理论依据。研究结果表明:刘庄矿13煤和祁东矿7煤2种煤样中气体扩散类型以Fick型扩散为主,占比50%以上,其次为过渡型扩散,占比接近30%,CH_(4)的Knudsen型扩散约占10%,CO_(2)的Knudsen型扩散接近20%;CO_(2)和CH_(4)气体进行Fick型扩散和过渡型扩散时,其扩散系数与温度变化关系不明显,在压力2 MPa,刘庄矿13煤中的气体扩散系数约为10 m^(2)/s,祁东矿7煤中的气体扩散系数达到13 m^(2)/s以上,且随压力增加2种类型的扩散系数均开始降低,在0~5 MPa的压力区间内下降速率最快,当压力值达到20 MPa后,气体2种扩散类型的扩散系数基本趋于稳定,同2 MPa时的扩散性系数相比,缩小了近10倍;当气体扩散为Knudsen型扩散时,温度每增加6℃,其扩散系数增加0.2 m^(2)/s,呈较缓的线性增长;对不同扩散类型的气体扩散系数进行比较,可知CH_(4)比CO_(2)在Fick型扩散中更具优势,CO_(2)则在另外2种扩散类型中更具优势;通过比较CH_(4)在不同扩散类型中的扩散速率,发现CH_(4)气体在低渗煤中以Fick型或Knudsen型扩散时扩散较快,以过渡型扩散为扩散类型为主时扩散速度较慢;CO_(2)-ECBM过程中,CO_(2)在微孔及小孔中相比CH_(4)扩散更快,能够更加有效地置换出微孔中的CH_(4),提高CH_(4)的产量。

NaX分子筛吸附分离CO_(2)/CH_(4)的巨正则蒙特卡洛模拟

采用巨正则蒙特卡洛模拟与理想吸附溶液理论相结合的方法,研究了CO_(2)、CH_(4)分子在NaX分子筛上的吸附性能。通过对比实验数据在不同吸附理论模型下的拟合结果并计算相应的吸附热,描述了CO_(2)、CH_(4)气体的吸附分离过程。结果表明,CH_(4)分子的吸附强度比CO_(2)分子弱,更贴近理想吸附;CO_(2)分子的吸附选择性随其在空气中的体积分数升高而降低,在低压条件下随温度的升高而降低。因此,低温低压更有利于CO_(2)分子的分离。