以四川煤田無(wú)煙煤為研究對(duì)象,采用高精度智能重量吸附儀測(cè)定了288、308、328 K 3個(gè)溫度下CO₂和CH₄的吸附等溫線,分析了CO₂和CH₄在煤基質(zhì)表面的吸附熱力學(xué)特性。結(jié)果表明:CH₄的亨利常數(shù)低于CO₂,CH₄在煤基質(zhì)表面的吸附親和力較弱;溫度可以降低亨利常數(shù),進(jìn)而減弱CO₂和CH₄與煤的相互作用;CH₄的負(fù)值的吉布斯自由能變和表面勢(shì)能大于CO₂,CO₂在煤上吸附的自發(fā)性更高,吸附也更容易;隨著壓力增大,負(fù)值的吉布斯自由能變和表面勢(shì)能逐漸減小,高壓更有利于氣體的吸附;CO₂的等量吸附熱和熵變隨吸附量的增加呈現(xiàn)增加趨勢(shì),而CH₄的等量吸附熱和熵變隨吸附量的增加呈現(xiàn)降低趨勢(shì);CO₂的等量吸附熱和熵變大于CH₄。 

【文章來(lái)源】：煤礦安全. 2020,51(07)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

不同溫度下CO2和CH4在煤中的吸附等溫線

吉布斯自由能變是指在恒定溫度和壓力下，隨吸附劑單位面積的增大，體系自由能的增加[11]。3個(gè)溫度下無(wú)煙煤中氣體的吉布斯自由能變△G如圖3。顯然地，CH4和CO2的吉布斯自由能變?yōu)樨?fù)值，表明CH4和CO2在無(wú)煙煤上的吸附過(guò)程是自發(fā)的。隨壓力的增加，負(fù)值的吉布斯自由能變逐漸降低，在較高壓力下，氣體吸附的自發(fā)性程度更高，高壓也更有利于CH4和CO2的吸附。相同條件下，CO2吉布斯自由能變的絕對(duì)值大于CH4,CO2在無(wú)煙煤中吸附的自發(fā)性程度高于CH4。根據(jù)最小能量原則，任何界面都有自發(fā)降低界面能量的傾向。多孔介質(zhì)界面因表面分子或原子不能移動(dòng)而難以收縮，只能通過(guò)吸附其他分子來(lái)降低表面自由能。因此，表面自由能變?cè)酱�，吸附氣體的動(dòng)力越大[11]，這也是CO2吸附量明顯高于CH4的原因之一。3.2.3 熵變

由圖4(a）可知，CH4熵變的絕對(duì)值隨吸附量的增大而不斷降低，表明隨著表面覆蓋率的增加，注入的CH4分子更多地滯留在煤體的孔隙中，而不是吸附在煤基質(zhì)表面。同時(shí)，隨著CH4吸附量的增加，系統(tǒng)的有序性程度不斷降低。隨著吸附量的增加，CO2熵變的絕對(duì)值不斷增大，系統(tǒng)的有序性也不斷加強(qiáng)。CO2熵變絕對(duì)值的增加是由于空腔中的自由空間變小，吸附質(zhì)分子的自由度受到了嚴(yán)重限制。因此，在較高的表面覆蓋率下，吸附的CO2處于更穩(wěn)定的狀態(tài)。在288～328 K范圍內(nèi)，CO2的△S值為-6.0～-20.0 J/（mol·K）。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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