發(fā)布時間：2020-05-07 17:34

【摘要】：甲烷水合物作為一種清潔能源,未來將成為全球能源中的一個重要部分。同時,如何更高效、安全地儲存和運輸天然氣依然困擾著人類,以水合物的形式儲運天然氣具有高效、安全的特點。然而水合物工業(yè)化進(jìn)程緩慢,因為其形成條件苛刻,一種有效的解決方式就是尋找高效的甲烷水合物促進(jìn)劑。水合物的動力學(xué)促進(jìn)劑研究主要集中在以十二烷基硫酸鈉(SDS)為代表的表面活性劑,但是其均為石油化工產(chǎn)業(yè)的副產(chǎn)品,不可避免引發(fā)一些環(huán)境問題。一些科學(xué)家開始從自然界中尋找高效的水合物促進(jìn)劑,發(fā)現(xiàn)茶葉、綠豆淀粉、茄子等可以在一定程度上促進(jìn)甲烷水合物的形成。本研究從天然產(chǎn)物出發(fā),探索了600種天然藥物提取液的儲氣性能,發(fā)現(xiàn)其中的有效成分,并首次提出了以色素作為甲烷水合物促進(jìn)劑。探索以趕黃草、西青果和黃芩為代表的天然藥物提取液促進(jìn)甲烷水合物形成動力學(xué)。趕黃草和西青果提取液體系中甲烷儲氣量分別達(dá)到了146 mg/g和141 mg/g,誘導(dǎo)時間(t_i)分別為4 min和2.5 min,達(dá)到最大儲氣量90%所需的時間(t_(90))分別為15 min和17 min。黃芩提取液的儲氣量雖然只有139 mg/g,但0.05 wt%的低濃度下儲氣量可以達(dá)到143 mg/g,t_i為3 min,t_(90)為38 min。同時,黃芩的自保護(hù)效果最好,有利于水合物的運輸。通過進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),黃芩提取液中促進(jìn)甲烷水合物形成的有效成分為黃芩苷鹽。本研究以黃芩苷為原料合成了黃芩苷鎂,通過紅外光譜、紫外光譜、元素分析和質(zhì)譜等分析方法,驗證了其結(jié)構(gòu)。同時發(fā)現(xiàn),黃芩苷鎂、黃芩苷鈉和黃芩苷鉀促進(jìn)甲烷水合物形成的最佳濃度分別為0.02 wt%、0.1 wt%和0.05 wt%,儲氣量分別為149 mg/g、144 mg/g和144 mg/g。首次研究色素促進(jìn)甲烷水合物形成動力學(xué),發(fā)現(xiàn)了以靛藍(lán)、茜素紅和黑色素為代表的色素水合物促進(jìn)劑。在色素體系中,0.5 wt%的靛藍(lán)儲氣量最高為145 mg/g,t_i為5 min,t_(90)為27 min。0.2 wt%茜素紅和0.05 wt%黑色素的甲烷儲氣量分別為144 mg/g和142mg/g,均優(yōu)于相同條件下的表面活性劑SDS。
【圖文】：

同時籠內(nèi)客體分子保持其物理化學(xué)特性。水合物的穩(wěn)定取決于客體分子范德華力，當(dāng)其遭到破壞，客體分子就會從籠子中逸出。目前發(fā)現(xiàn)的水合有三種，分別為 I 型、II 型和 H 型[12]。三種不同晶體結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示[13了三種晶體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。、II 型和 H 型三種水合物晶體結(jié)構(gòu)分別是體心立方結(jié)構(gòu)、面心立方結(jié)構(gòu)和共有 5 種不同類型的多面體孔穴參與構(gòu)建。三種水合物晶體都具有五邊形2）的小孔穴，但是與 I 型水合物結(jié)構(gòu)中該孔穴的直徑相比，II 型和 H 型水孔穴的直徑略小。I 型水合物結(jié)構(gòu)除了 2 個 512的小孔穴，還有 6 個十四的大孔穴，，所以結(jié)構(gòu)式為 2（512）6（51262） 46H2O。同理，II、H 型水合別為 16（512）8（51264） 136H2O 和 3（512）2（435663）1（51268） 34下，即孔穴全部被客體分子占據(jù)，并且每個孔穴中有且僅有一個客體分子， 型的理想分子式分別為 8M 46H2O、24M 136H2O 和 6M 34H2O。

4圖 1-2 客體分子尺寸與水合物晶體結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系[12,17] Relationships between guest molecule size and hydrate crystal stu術(shù)的應(yīng)用源枯竭威脅以及環(huán)境的污染，開發(fā)可替代能源成為當(dāng)今的趨不斷被探明，中國又成功開采天然氣水合物，實現(xiàn)連續(xù)產(chǎn)氣化應(yīng)用成為我國研究重點。氣體水合物獨特的物理化學(xué)特征存與運輸、混合氣體分離、海水淡化等領(lǐng)域備受關(guān)注。法儲運天然氣
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ423

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2653304