基于压汞、低温N_2吸附和CO_2吸附的构造煤孔隙结构表征

我国煤层受多期次构造运动影响构造煤普遍发育,构造煤孔隙大小分布尺度较广(毫米～纳米级),孔隙结构较为复杂。不同尺度的孔隙结构控制着煤层气的吸附-解吸(孔隙表面)、扩散(纳米级孔隙)与渗流(微米～毫米级孔隙)等过程,是影响煤层气储存与运移的重要因素。为研究构造煤不同尺度孔隙结构的分布特征与演化规律,在潞安矿区采集4种破坏类型煤样,利用压汞法、低温N_2吸附法及CO_2吸附法分别测试了煤样的孔隙分布特征,对比分析了各测试方法的优势孔径段,提出利用CO_2吸附法表征构造煤微孔(<2 nm)、低温N_2吸附法表征介孔(2～50 nm)、压汞法表征大孔结构(>50 nm)的孔隙结构多尺度联合表征方法。实验结果表明所采煤样的孔容和孔比表面积均主要分布在微孔阶段,在0. 6 nm左右时的孔隙孔容量和孔比表面积达到最大,其中微孔容占总孔容的70%以上,微孔孔比表面积占总孔比表面积的99%以上,煤中孔容和孔比表面积分布存在微孔>大孔>介孔的规律。分析构造煤孔隙特征与煤体破坏类型的关系,随煤破坏程度增加,孔容和孔比表面积逐渐增高,大孔孔容比及介孔孔容比逐渐增大,微孔孔容比逐渐减小;孔容增幅主要体现在大孔阶段,比表面积增幅则主要体现在微孔阶段。其中大孔演化主要受控于角砾孔、碎粒孔及摩擦孔等外生孔,介孔演化受控于煤的大分子堆叠结构及分子间距,微孔演化主要受控于煤中芳香层片大小及排列方式。

多孔材料表征方法的可靠性研究

从理论和实验两个方面讨论了物理吸附法和压汞法的理论依据、适用范围和影响因素.结果表明,N_2吸附法操作简单,样品可回收,通过不同的数学模型处理可以获得微孔(D<2 nm)和中孔数据.对于BJH法,最适宜的测量孔径D=2～100 nm,D>100 nm的孔径数据由于误差较大而可信度较低.适宜的脱气温度和脱气时间直接影响测量结果.压汞法最大的优势是用于大孔测量,最适宜的D=50～5000 nm,超过这一范围,则由于进汞压力测量误差增大而使孔径数据不可靠.压汞法的缺点是样品不能回收,操作时必须特别小心谨慎,防止汞中毒.

高岭土原位合成Y型沸石过程中的吸附研究

采用N2静态吸附法和IR光谱法研究了高岭土原位晶化合成Y型沸石过程中的孔结构和沸石的形成过程。结果显示,在原位晶化过程中,从天然高岭土到晶化产物,孔结构发生了很大的变化,从大孔到中孔发达的过程,焙烧微球在碱溶液的作用下,形成了发达的孔道结构,进而在孔道的可接近表面上均匀地生长出了Y型沸石;原位晶化过程是焙烧微球在液相组分中先转变为硅铝酸钠凝胶,随后硅铝酸钠凝胶逐步地转变为Y型沸石。

煤、页岩和砂岩孔隙结构差异性及对甲烷吸附的影响研究

查明煤、页岩和砂岩孔隙结构差异性,对煤层气、页岩气和致密砂岩气的开发具有重要意义。采集煤、页岩和砂岩样品,利用压汞法、低温氮气吸附法、低温二氧化碳吸附法测试样品的孔隙结构,根据各测试方法的特点,提出了利用低温二氧化碳吸附法、低温氮气吸附法、和压汞法分别测试表征微孔(<2 nm)、介孔(2~50 nm)和大孔(>50 nm)的全孔径段表征方法,并进行了不同样品的甲烷等温吸附试验,分析孔隙结构对甲烷吸附的影响。试验结果表明:①所测样品中,煤中主要发育狭缝形孔隙,页岩和砂岩中主要发育墨水瓶形孔。②煤、页岩和砂岩孔隙结构具有较大的差异性,煤微孔发育程度远远大于页岩和砂岩。煤中微孔为煤提供了大部分的孔容和比表面积,其中微孔孔容占总孔容的60%以上,微孔比表面积占总比表面积的95%以上;页岩和砂岩的孔容主要有介孔提供,介孔孔容占到总孔容的65%以上,比表面积由微孔提供,微孔比表面积占到总比表面积的61%以上。③不同样品对甲烷吸附能力顺序依次为煤>页岩>砂岩,对甲烷的吸附主要受控于孔比表面积,微孔为煤对甲烷的吸附提供了更多的空间和吸附点位,所以煤对甲烷吸附能力远远大于页岩和砂岩,最大吸附量与纳米孔隙比表面积大小具有强烈的正相关性。

活性炭孔结构表征研究

N2吸附法是表征多孔材料孔结构的最常用的方法,具有操作简便、样品可回收的优点.N2吸附法测量结果通过不同的数学模型处理,获得微孔(<2nm)和中大孔(2nm～100nm)数据.应用N2吸附法和扫描电镜对煤基活性炭进行了系统的表征研究,从理论上对BJH法进行了探讨,归纳出了四种典型活性炭的吸附等温线.结合N2吸附法的吸附-脱附数据及扫描电镜表征结果,对其孔结构特点进行全面分析.

气流床气化炉飞灰理化性质的研究

利用SEM、XRD、N2吸附法和CO2吸附法,文章考察了在不同操作条件下的气流床飞灰的理化性质,结果表明:飞灰的矿物质熔融现象比高温煤焦明显;飞灰含有丰富的中孔及中大孔,但高温煤焦具有较多的微孔;飞灰的碳晶结构不及高温煤焦的规则。

修武盆地下寒武统荷塘组海相页岩孔隙特征

通过孔隙度实验、低温N2吸附法和CO2吸附法,对修武盆地RDZ01井下寒武统荷塘组页岩孔隙发育特征进行定量表征,结合总有机碳含量、矿物组成及有机质的热演化程度,讨论孔隙发育特征主控因素。结果表明:孔隙形态以楔形孔为主,并发育墨水瓶形孔及狭缝形孔。页岩孔隙度为1.24%~2.91%,具低孔隙度特征;微孔、中孔和大孔3类孔隙分别占总孔体积的35.45%、44.54%和20.01%。页岩总孔体积为5.33×10^-3~20.10×10^-3 cm^3/g,其中低温N2吸附法和CO2吸附法平均孔体积分别为7.40×10^-3 cm^3/g和2.24×10^-3 cm^3/g;总比表面积为7.62~17.84 m^2/g,其中低温N2吸附法和CO2吸附法平均比表面积分别为5.23 m^2/g和7.41 m^2/g。孔径分布的主峰值小于10.00 nm,微孔的结构复杂,0.30~0.70 nm的孔隙较为发育,大的比表面积为页岩气提供更多的吸附位。总有机碳含量是微孔发育的主控因素,同时促进中孔发育,对大孔的影响较弱;黏土矿物增多会降低页岩的孔隙度;高石英含量为总孔体积和总比表面积增大的有利因素。修武盆地下寒武统荷塘组海相页岩和鄂西地区下侏罗统自流井组页岩储集层特征相似,呈现良好的储集能力。

壳聚糖交联介孔二氧化硅固定化β-葡萄糖苷酶生物转化淫羊藿苷研究

目的制备壳聚糖交联SBA-15型介孔二氧化硅(SBA-15)固定化β-葡萄糖苷酶(β-Glc),促进淫羊藿苷高效转化为稀有宝藿苷I。方法采用吸附-交联法将β-Glc固定在壳聚糖交联SBA-15上,以载酶量和相对酶活力为评价指标,对其固定化条件进行优化;采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和N2吸附-脱附分析法对固定化酶进行表征,并对其酶泄露行为进行考察;以淫羊藿苷为底物,以游离酶为对照,考察固定化酶的最适酶解条件、酶解动力学和重复利用性。结果制备交联SBA-15固定化β-Glc的最佳p H值为6.0,固定化时间为8h,酶质量浓度为7 mg/mL;固定化酶的酶活力为439.2μmol/(h·g),载酶量为1.120 g/g载体,最适酶解条件为pH 6.0,转化温度50℃,底物质量浓度0.5 mg/mL,转化时间8 h,酶解动力学参数最大反应速率(V_(max))为10.24μg/min,米氏常数(K_(m))为16.15 mmol/L,重复利用5次后残余酶活大于80%。结论制备的交联SBA-15固定化β-Glc载酶量高、转化能力强、重复利用性好,可用于高效获取宝藿苷I。