无烟煤基质表面CO 2 和CH 4 的吸附热力学分析

发布时间：2022-01-08 03:39

　　以四川煤田无烟煤为研究对象,采用高精度智能重量吸附仪测定了288、308、328 K 3个温度下CO₂和CH₄的吸附等温线,分析了CO₂和CH₄在煤基质表面的吸附热力学特性。结果表明:CH₄的亨利常数低于CO₂,CH₄在煤基质表面的吸附亲和力较弱;温度可以降低亨利常数,进而减弱CO₂和CH₄与煤的相互作用;CH₄的负值的吉布斯自由能变和表面势能大于CO₂,CO₂在煤上吸附的自发性更高,吸附也更容易;随着压力增大,负值的吉布斯自由能变和表面势能逐渐减小,高压更有利于气体的吸附;CO₂的等量吸附热和熵变随吸附量的增加呈现增加趋势,而CH₄的等量吸附热和熵变随吸附量的增加呈现降低趋势;CO₂的等量吸附热和熵变大于CH₄。 

【文章来源】：煤矿安全. 2020,51(07)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

不同温度下CO2和CH4在煤中的吸附等温线

吉布斯自由能变是指在恒定温度和压力下，随吸附剂单位面积的增大，体系自由能的增加[11]。3个温度下无烟煤中气体的吉布斯自由能变△G如图3。显然地，CH4和CO2的吉布斯自由能变为负值，表明CH4和CO2在无烟煤上的吸附过程是自发的。随压力的增加，负值的吉布斯自由能变逐渐降低，在较高压力下，气体吸附的自发性程度更高，高压也更有利于CH4和CO2的吸附。相同条件下，CO2吉布斯自由能变的绝对值大于CH4,CO2在无烟煤中吸附的自发性程度高于CH4。根据最小能量原则，任何界面都有自发降低界面能量的倾向。多孔介质界面因表面分子或原子不能移动而难以收缩，只能通过吸附其他分子来降低表面自由能。因此，表面自由能变越大，吸附气体的动力越大[11]，这也是CO2吸附量明显高于CH4的原因之一。3.2.3 熵变

由图4(a）可知，CH4熵变的绝对值随吸附量的增大而不断降低，表明随着表面覆盖率的增加，注入的CH4分子更多地滞留在煤体的孔隙中，而不是吸附在煤基质表面。同时，随着CH4吸附量的增加，系统的有序性程度不断降低。随着吸附量的增加，CO2熵变的绝对值不断增大，系统的有序性也不断加强。CO2熵变绝对值的增加是由于空腔中的自由空间变小，吸附质分子的自由度受到了严重限制。因此，在较高的表面覆盖率下，吸附的CO2处于更稳定的状态。在288～328 K范围内，CO2的△S值为-6.0～-20.0 J/（mol·K）。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3575823