天然产物促进甲烷水合物形成动力学研究

发布时间：2020-05-07 17:34

【摘要】：甲烷水合物作为一种清洁能源,未来将成为全球能源中的一个重要部分。同时,如何更高效、安全地储存和运输天然气依然困扰着人类,以水合物的形式储运天然气具有高效、安全的特点。然而水合物工业化进程缓慢,因为其形成条件苛刻,一种有效的解决方式就是寻找高效的甲烷水合物促进剂。水合物的动力学促进剂研究主要集中在以十二烷基硫酸钠(SDS)为代表的表面活性剂,但是其均为石油化工产业的副产品,不可避免引发一些环境问题。一些科学家开始从自然界中寻找高效的水合物促进剂,发现茶叶、绿豆淀粉、茄子等可以在一定程度上促进甲烷水合物的形成。本研究从天然产物出发,探索了600种天然药物提取液的储气性能,发现其中的有效成分,并首次提出了以色素作为甲烷水合物促进剂。探索以赶黄草、西青果和黄芩为代表的天然药物提取液促进甲烷水合物形成动力学。赶黄草和西青果提取液体系中甲烷储气量分别达到了146 mg/g和141 mg/g,诱导时间(t_i)分别为4 min和2.5 min,达到最大储气量90%所需的时间(t_(90))分别为15 min和17 min。黄芩提取液的储气量虽然只有139 mg/g,但0.05 wt%的低浓度下储气量可以达到143 mg/g,t_i为3 min,t_(90)为38 min。同时,黄芩的自保护效果最好,有利于水合物的运输。通过进一步研究发现,黄芩提取液中促进甲烷水合物形成的有效成分为黄芩苷盐。本研究以黄芩苷为原料合成了黄芩苷镁,通过红外光谱、紫外光谱、元素分析和质谱等分析方法,验证了其结构。同时发现,黄芩苷镁、黄芩苷钠和黄芩苷钾促进甲烷水合物形成的最佳浓度分别为0.02 wt%、0.1 wt%和0.05 wt%,储气量分别为149 mg/g、144 mg/g和144 mg/g。首次研究色素促进甲烷水合物形成动力学,发现了以靛蓝、茜素红和黑色素为代表的色素水合物促进剂。在色素体系中,0.5 wt%的靛蓝储气量最高为145 mg/g,t_i为5 min,t_(90)为27 min。0.2 wt%茜素红和0.05 wt%黑色素的甲烷储气量分别为144 mg/g和142mg/g,均优于相同条件下的表面活性剂SDS。
【图文】：

结构图,H型水合物,II型,结构图

同时笼内客体分子保持其物理化学特性。水合物的稳定取决于客体分子范德华力，当其遭到破坏，客体分子就会从笼子中逸出。目前发现的水合有三种，分别为 I 型、II 型和 H 型[12]。三种不同晶体结构如图 1-1 所示[13了三种晶体结构的结构参数。、II 型和 H 型三种水合物晶体结构分别是体心立方结构、面心立方结构和共有 5 种不同类型的多面体孔穴参与构建。三种水合物晶体都具有五边形2）的小孔穴，但是与 I 型水合物结构中该孔穴的直径相比，II 型和 H 型水孔穴的直径略小。I 型水合物结构除了 2 个 512的小孔穴，还有 6 个十四的大孔穴，，所以结构式为 2（512）6（51262） 46H2O。同理，II、H 型水合别为 16（512）8（51264） 136H2O 和 3（512）2（435663）1（51268） 34下，即孔穴全部被客体分子占据，并且每个孔穴中有且仅有一个客体分子，型的理想分子式分别为 8M 46H2O、24M 136H2O 和 6M 34H2O。

水合物,客体分子,晶体结构,尺寸

4图 1-2 客体分子尺寸与水合物晶体结构之间的关系[12,17] Relationships between guest molecule size and hydrate crystal stu术的应用源枯竭威胁以及环境的污染，开发可替代能源成为当今的趋不断被探明，中国又成功开采天然气水合物，实现连续产气化应用成为我国研究重点。气体水合物独特的物理化学特征存与运输、混合气体分离、海水淡化等领域备受关注。法储运天然气
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ423

【参考文献】