灰岩和白云岩溶解速率控制机理的比较

碳酸盐岩溶解的速率控制过程包括:(1)岩石表面上的非均相化学反应;(2)离子从岩石表面通过扩散向溶液中的传输;(3)CO2向H+和HCO-3的转换.通常是这3个过程中的最慢过程决定着碳酸盐岩的溶解速率.然而,实验和理论分析发现,在条件相似的情况下,白云岩的初始溶解速率不仅只有灰岩的1/3～1/60,而且灰岩和白云岩的溶解呈现出不同的速率控制机理.如对灰岩而言,在实验中加入能催化CO2转换反应的生物碳酸酐酶(CA)后,其溶解速率增加出现在CO2分压>100Pa的区域,最高可达10倍;而对白云岩,其溶解速率增加出现在CO2分压<10000Pa的区域,且增加仅3倍左右.此外,虽然2类岩石的溶解也均受水动力条件(旋速或流速)的控制,且主要出现在CO2分压<1000Pa的区域,但灰岩的溶解对水动力条件的变化比白云岩溶解更敏感.这些发现在解释和揭示自然界白云岩和灰岩岩溶发育及其相关资源环境问题的差异方面具有重要意义.

不同CO_2分压条件下的白云岩溶解动力学机理

流动ＣＯ２－Ｈ２Ｏ系统中白云岩的溶解研究使用了旋转盘和催化剂技术．实验在与ＣＯ２分压分别为 ３０～１０５Ｐａ达到平衡的 Ｈ２Ｏ－ＣＯ２溶液中进行，结果表明远离平衡时的白云岩溶解速率Ｒ与旋速ω有关．实验结果可用经过改进的扩散边界层（ＤＢＬ）理论模型获得解释．此外，在溶液中加入能加速ＣＯ２转换反应的碳酸酐酶催化剂，促进了白云岩的溶解．发现不同ＣＯ２分压条件下存在着较大的差异．从这些实验观测可以得出结论：改进的ＤＢＬ理论模型能以满意的精度预测远离平衡时不同ＣＯ２分压条件下的白云岩溶解速率及其变化机理．

地外人工光合成材料研究进展

太空探索已成为人类共同目标,重返月球、载人火星等人类历史上的重大里程碑任务已逐步实施。如何实现地外极端环境下人类生存和发展已成为载人太空探索的基本能力和基础技术。由南京大学和钱学森空间技术实验室提出的地外人工光合成技术,模拟地球绿色植物的自然光合作用,利用密闭空间废弃资源或地外天体环境中丰富的资源,通过光电催化方法原位、加速、可控地将二氧化碳转化成为氧气和含碳燃料,大幅度降低载人航天器的物资供应需求,支撑可承受、可持续的载人深空探索。本文回顾了近年来国际航空航天领域利用二氧化碳转换生成氧气和碳氢燃料的现有方法,并深入探讨面向地外原位资源利用的人工光合成材料研究进展,期望深化对地外人工光合成材料与技术的认知,有力支撑载人航天发展。