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酸性SiO_(2)纳米流体对煤体润湿性及瓦斯解吸的影响机理
1
作者
柳先锋
李闯
+4 位作者
聂百胜
何学秋
贾雪祺
何承毅
韩涵
《煤炭学报》
北大核心
2025年第7期3307-3321,共15页
添加纳米流体可改变煤体化学结构进而增润煤体影响瓦斯解吸过程。为探究酸性SiO_(2)纳米流体对煤粉增润机理和对瓦斯解吸的作用规律,试验配置了不同质量浓度和pH的酸性SiO_(2)纳米流体改性煤样,利用接触角测量试验从宏观角度探究酸性SiO...
添加纳米流体可改变煤体化学结构进而增润煤体影响瓦斯解吸过程。为探究酸性SiO_(2)纳米流体对煤粉增润机理和对瓦斯解吸的作用规律,试验配置了不同质量浓度和pH的酸性SiO_(2)纳米流体改性煤样,利用接触角测量试验从宏观角度探究酸性SiO_(2)纳米流体作用对煤体润湿性的影响,采用甲烷解吸动态试验系统,研究不同pH及不同SiO_(2)纳米流体质量浓度的浸润溶液作用时改性煤样甲烷解吸规律;使用傅立叶红外光谱分析仪和扫描电镜从微观角度分析酸性SiO_(2)纳米流体对煤粉的增润机理及煤体瓦斯解吸促进机制。结果表明:选取合适的质量浓度的SiO_(2)纳米流体和弱酸性环境对煤体增润强化效果具有促进作用,浸润溶液处于SiO_(2)纳米流体质量浓度为2.0%、pH为3的弱酸性环境时,测量接触角为25.2°,与原煤接触角相比减小74.5°;瓦斯解吸量由6.960 7 mL/g增加至13.279 4 mL/g;且伴随着试验中弱酸酸性环境的增强和SiO_(2)纳米流体质量浓度的增加,接触角逐渐减小,煤体由疏水性逐渐向亲水性转变,润湿作用效果增强,瓦斯解吸促进作用增强;含氧官能团作为影响煤体润湿性的主要基团,其吸收峰总面积与煤水接触角呈负相关关系、与煤体瓦斯解吸量和瓦斯解吸率呈正相关关系;且在不同条件下的改性煤样表面形貌也发生了变化。合理选择酸性SiO_(2)纳米流体浸润煤体,可增强煤体润湿性,易于实现煤尘高效降除,促进瓦斯解吸过程,强化瓦斯抽采效果。
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关键词
酸性环境
纳米流体
增润
瓦斯解吸
含氧基团
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职称材料
气体吸附过程肥煤纳米孔隙原位变形规律及机理
2
作者
柳先锋
李闯
+6 位作者
聂百胜
贾雪祺
李嘉良
韩涵
何承毅
祁林凡
何学秋
《煤炭学报》
2025年第9期4182-4193,共12页
纳米孔隙是煤中气体的主要吸附位点,直接影响煤中气体吸附、解吸和扩散能力。本文利用自行研制的基于小角X射线散射技术(SAXS)的气体高压吸附解吸装置和同步辐射小角X射线散射实验站,探究不同气体种类(CH_(4)、CO_(2)、N_(2))及气体压...
纳米孔隙是煤中气体的主要吸附位点,直接影响煤中气体吸附、解吸和扩散能力。本文利用自行研制的基于小角X射线散射技术(SAXS)的气体高压吸附解吸装置和同步辐射小角X射线散射实验站,探究不同气体种类(CH_(4)、CO_(2)、N_(2))及气体压力对吸附过程煤体纳米孔隙变化特征的影响。使用Materials Studio软件采用巨正则蒙特卡罗模拟方法,使用Sorption模块进行3种气体的吸附模拟,设置0.5、1.0、2.0、3.0、5.0 nm 5种狭缝孔隙尺寸的吸附体系,进一步探究纳米孔隙、吸附压力、吸附气体种类和相互作用能之间的内在联系,揭示气体吸附过程肥煤纳米孔隙原位变形机理。研究表明:在1.0 MPa的吸附压力作用下,煤体吸附CH_(4)、CO_(2)和N_(2)3种气体时,煤体孔隙率最大值依次为19.57%、20.24%、19.37%,煤体比表面积最大值依次为9.83、10.53、8.84 m^(2)/g,吸附CO_(2)气体时对煤体孔隙率及比表面积影响最大。探究煤体吸附CH_(4)气体时,气体吸附压力与煤体的孔隙率和比表面积呈正相关。伴随煤纳米孔隙的增加,削弱了煤大分子与气体分子间的相互作用力,相互作用能呈现减小趋势;且在2 nm的同一纳米孔隙尺寸的吸附模拟体系中,CO_(2)气体与煤大分子间的相互作用能明显大于CH_(4)和N_(2),且3种气体分子的吸附势能由高到低依次为:CO_(2)>CH_(4)>N_(2),进一步揭示了相互作用能与纳米孔隙变形的内在关系。
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关键词
原位同步辐射小角X射线散射
气体吸附
纳米孔隙
巨正则蒙特卡罗
相互作用能
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职称材料
题名
酸性SiO_(2)纳米流体对煤体润湿性及瓦斯解吸的影响机理
1
作者
柳先锋
李闯
聂百胜
何学秋
贾雪祺
何承毅
韩涵
机构
重庆大学资源与安全学院
重庆大学煤矿灾害动力学与控制全国重点实验室
北京科技大学土木与资源工程学院
School of Civil
出处
《煤炭学报》
北大核心
2025年第7期3307-3321,共15页
基金
国家重点研发计划资助项目(2023YFC300900301-03)
国家自然科学基金面上资助项目(52274173)。
文摘
添加纳米流体可改变煤体化学结构进而增润煤体影响瓦斯解吸过程。为探究酸性SiO_(2)纳米流体对煤粉增润机理和对瓦斯解吸的作用规律,试验配置了不同质量浓度和pH的酸性SiO_(2)纳米流体改性煤样,利用接触角测量试验从宏观角度探究酸性SiO_(2)纳米流体作用对煤体润湿性的影响,采用甲烷解吸动态试验系统,研究不同pH及不同SiO_(2)纳米流体质量浓度的浸润溶液作用时改性煤样甲烷解吸规律;使用傅立叶红外光谱分析仪和扫描电镜从微观角度分析酸性SiO_(2)纳米流体对煤粉的增润机理及煤体瓦斯解吸促进机制。结果表明:选取合适的质量浓度的SiO_(2)纳米流体和弱酸性环境对煤体增润强化效果具有促进作用,浸润溶液处于SiO_(2)纳米流体质量浓度为2.0%、pH为3的弱酸性环境时,测量接触角为25.2°,与原煤接触角相比减小74.5°;瓦斯解吸量由6.960 7 mL/g增加至13.279 4 mL/g;且伴随着试验中弱酸酸性环境的增强和SiO_(2)纳米流体质量浓度的增加,接触角逐渐减小,煤体由疏水性逐渐向亲水性转变,润湿作用效果增强,瓦斯解吸促进作用增强;含氧官能团作为影响煤体润湿性的主要基团,其吸收峰总面积与煤水接触角呈负相关关系、与煤体瓦斯解吸量和瓦斯解吸率呈正相关关系;且在不同条件下的改性煤样表面形貌也发生了变化。合理选择酸性SiO_(2)纳米流体浸润煤体,可增强煤体润湿性,易于实现煤尘高效降除,促进瓦斯解吸过程,强化瓦斯抽采效果。
关键词
酸性环境
纳米流体
增润
瓦斯解吸
含氧基团
Keywords
acidic environment
nanofluid
moisturize
gas desorption
oxygen-containing groups
分类号
TD712 [矿业工程—矿井通风与安全]
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职称材料
题名
气体吸附过程肥煤纳米孔隙原位变形规律及机理
2
作者
柳先锋
李闯
聂百胜
贾雪祺
李嘉良
韩涵
何承毅
祁林凡
何学秋
机构
重庆大学资源与安全学院
出处
《煤炭学报》
2025年第9期4182-4193,共12页
基金
国家自然科学基金面上资助项目(52274173)
国家重点研发计划资助项目(2023YFC300900301-03)
重庆市研究生科研创新资助项目(CYS25069)。
文摘
纳米孔隙是煤中气体的主要吸附位点,直接影响煤中气体吸附、解吸和扩散能力。本文利用自行研制的基于小角X射线散射技术(SAXS)的气体高压吸附解吸装置和同步辐射小角X射线散射实验站,探究不同气体种类(CH_(4)、CO_(2)、N_(2))及气体压力对吸附过程煤体纳米孔隙变化特征的影响。使用Materials Studio软件采用巨正则蒙特卡罗模拟方法,使用Sorption模块进行3种气体的吸附模拟,设置0.5、1.0、2.0、3.0、5.0 nm 5种狭缝孔隙尺寸的吸附体系,进一步探究纳米孔隙、吸附压力、吸附气体种类和相互作用能之间的内在联系,揭示气体吸附过程肥煤纳米孔隙原位变形机理。研究表明:在1.0 MPa的吸附压力作用下,煤体吸附CH_(4)、CO_(2)和N_(2)3种气体时,煤体孔隙率最大值依次为19.57%、20.24%、19.37%,煤体比表面积最大值依次为9.83、10.53、8.84 m^(2)/g,吸附CO_(2)气体时对煤体孔隙率及比表面积影响最大。探究煤体吸附CH_(4)气体时,气体吸附压力与煤体的孔隙率和比表面积呈正相关。伴随煤纳米孔隙的增加,削弱了煤大分子与气体分子间的相互作用力,相互作用能呈现减小趋势;且在2 nm的同一纳米孔隙尺寸的吸附模拟体系中,CO_(2)气体与煤大分子间的相互作用能明显大于CH_(4)和N_(2),且3种气体分子的吸附势能由高到低依次为:CO_(2)>CH_(4)>N_(2),进一步揭示了相互作用能与纳米孔隙变形的内在关系。
关键词
原位同步辐射小角X射线散射
气体吸附
纳米孔隙
巨正则蒙特卡罗
相互作用能
Keywords
In-situ synchrotron radiation small-angle X-ray scattering
gas adsorption
nanopores
GCMC
Interaction energy
分类号
TD713 [矿业工程]
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职称材料
题名
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1
酸性SiO_(2)纳米流体对煤体润湿性及瓦斯解吸的影响机理
柳先锋
李闯
聂百胜
何学秋
贾雪祺
何承毅
韩涵
《煤炭学报》
北大核心
2025
0
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职称材料
2
气体吸附过程肥煤纳米孔隙原位变形规律及机理
柳先锋
李闯
聂百胜
贾雪祺
李嘉良
韩涵
何承毅
祁林凡
何学秋
《煤炭学报》
2025
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