高比能吸附空气中n

高比能吸附空气中n

1煤孔隙表面煤质地层气的分离和释放特性煤炭是一个多孔多段的介质，具有地下孔和天然孔的双重结构。基质孔隙小到分子间间隙,大到植物胞腔孔,从不到1nm到数百个nm,煤孔隙表面对煤层气具有很强的吸附能力,并且煤层气在煤层中以吸附状态为主,气在煤层中的储集量依赖于孔隙体积及孔比表面积的大小。搞清比表面积和孔体积特征对了解煤对CH4的吸附能力是非常重要的。2压力、温度和孔容使用仪器:美国MIC仪器公司生产的ASAP-2000型快速表面积和微孔测定仪。分析气:氮气。分析温度:液氮温度。选择有代表性煤样,将其破碎至0.2464～0.1753mm(60～80目)。将样品真空脱气后放在盛有液氮的杜瓦瓶中与仪器分析系统相连,处理机对分析系统的压力和温度按着预定的程序进行监控、处理计算,获得在某一压力下样品的吸附量。用BET理论模型计算出单层吸附量,从而计算出样品的表面积。VVm=∑i=0i→∞iSi/∑i=0i→∞Si(1)V=VmCP(P0−P){1+(C−1)P/P0}(2)VVm=∑i=0i→∞iSi/∑i=0i→∞Si(1)V=VmCΡ(Ρ0-Ρ){1+(C-1)Ρ/Ρ0}(2)式中V——吸附体积;Vm——单分子层体积;i——气体分子层;Si——第i层气体分子覆盖的面积;P0——饱和气体压力;P——压力;C——常数。用BJH法计算孔容、孔径分布及孔表面积。ASAP-2000型仪器可测大于1.5nm的孔径。3煤样的吸附量试验煤样选自淮南煤田新集矿区,煤的镜质组最大反射率为0.88%～0.91%。在气体饱和蒸气压力范围内,煤对N2的吸附量随着压力增加而增大,(图1)在0.0933MPa压力之前,随着压力提高,吸附量逐渐增加,在接近饱和蒸气压力时(0.0997～0.1006MPa),煤样的吸附量急剧增大。6上、6下煤样的吸附量在0.0933MPa前吸附量最大。6下煤样的吸附总量最大。8-1-gl和8-1-bl煤样在0.0933MPa之前,吸附量最低,但8-1-bl煤样的总吸附量仅次于6下煤样,其他样品的吸附量介于中间。4孔体积与孔径分布特征用BJH法获得煤样在不同孔径下孔隙体积和孔表面积。新集矿区煤的总孔隙体积为3.048×10-3～7.382×10-3cm3/g。(表1,图2)6上和6下煤样的总孔体积最大,gl样的最小。不同类型孔的孔体积中中孔的体积最大1.540×10-3～3.034×10-3cm3/g,小孔和微孔二者相差不大,小孔体积0.383×10-3～2.689×10-3cm3/g,微孔体积为0.336×10-3～2.689×10-3cm3/g。孔体积与孔径分布特征见图3。bl样的中孔体积最大3.034×10-3cm3/g,微孔体积最小0.336×10-3cm3/g,6上样小孔体积最大3.127×10-3cm3/g,gl样中孔体积最小,6下样微孔体积最大2.689×10-3cm3/g。5比表面积调查用BET法与BJH法获得煤样总比表面积比较接近,BET法获得的总比表面积为774×10-3～3009×10-3m2/g,BJH法获得的总比表面积为654×10-3～3249×10-3m2/g,6下和6上样的总比表面积最大,bl和gl样总比表面积最小,其他样品总比表面积为1300×10-3～1600×10-3m2/g。不同类型孔中微孔的比表面积最大,为508×10-3～3147×10-3m2/g,其次是小孔38×10-3～405×10-3m2/g,中孔的比表面积最小39×10-3～68×10-3m2/g。不同孔径的比表面积见图4。从图中可见,总的规律是孔直径越大比表面积越小;相反,孔径越小比表面积越大。如11上、11下和ML样的最大孔径约3000～2000nm,明显比其他样大,有的大了1个数量级,但孔比表面积最小,为39×10-3～43×10-3m2/g,bl样的最大孔径294.5nm,比前3个样的最大孔径小10～30倍,但孔比表面积最大,为68×10-3m2/g。特别是孔直径在大于3nm之间煤的比表面积累加值增加缓慢,当孔直径小于3nm之后,孔表面积急剧增加。(图5)6孔隙直径特征微孔的孔体积比中孔的小,但微孔的比表面积明显比中孔的大,比表面积的大小取决于微孔体积的大小,与中孔的体积大小关系不明显。如bl样的微孔体积仅0.336×10-3cm3/g,中孔体积3.034×10-3cm3/g,后者体积约是前者的10倍,但微孔的比表面积是654×10-3cm2/g,而中孔的比表面积仅68×10-3m2/g。6上煤样的微孔体积与中孔的较接近,但微孔的比表面积是2257×10-3m2/g,中孔的比表面积仅56×10-3cm2/g,微孔的比表面积约是中孔的40倍。孔隙平均直径越大,总比表面积越小,孔隙平均直径越小,总比表面积越大,(图6)如bl样的孔隙平均直径最大26.076nm,但总比表面积最小654×10-3m2/g;6下样的孔隙平均直径最小,为8.743nm,而比表面积却最大,为3302×10-3m2/g。7低温液氮实验在液氮温度下,煤对N2的吸附量与总孔隙体积呈正相关关系,(图7)如6上样体积最大为7.382×10-3cm3/g,N2的吸附量为6.75cm3/g,gl样孔体积最小为3.048×10-3cm3/g,N2的吸附量为1.94×10-3cm3/g。N2的吸附量与总比表面积总体呈正相关关系,但并非完全如此,如bl样的总比表面积最小,而N2的吸附量仅次于6上样,其原因尚不清楚,有待研究。11上、11下、6上和6下4个低温液氮实验煤样,是煤对CH4等温吸附试验样的平行样,煤对CH4的吸附能力与总孔体积、孔隙总比表面积和微孔比表面积均呈正相关关系。(图8、9、10)试验证明,煤对CH4的储集能力与煤的孔隙密切相关,孔体积和比表面积越大,煤储集气的能力越强。8孔隙比表面积和孔体积的影响研究认为,新集矿区煤的总孔体积为3.048×10-3～7.382×10-3cm3/g,不同类型孔隙的孔体积中,