煤岩超临界CO2吸附机理及表征模型研究进展 论文

在煤炭科学技术领域，有关煤岩与超临界二氧化碳（CO2）相互作用的研究一直是焦点之一。超临界CO2技术的发展为深部不可采煤层的地质封存提供了可能，这不仅是提高温室气体减排效率的重要手段，也是煤层气资源高效开发的可行性途径。随着工程技术逐渐向深部煤层进军，超临界CO2与煤岩相互作用的影响机理和煤岩吸附能力的研究日益受到重视。对煤岩超临界CO2吸附机理及表征模型的研究进展进行了梳理和评述，为深化这一领域的认识提供基础和启示。超临界CO2与煤岩的相互作用涉及复杂的物理和化学过程。超临界状态下的CO2兼具液态和气态的特点，拥有较高的扩散系数和溶解能力，这对于提高其在煤岩孔隙结构中的运移和吸附能力至关重要。孔隙结构是影响煤岩吸附能力的关键因素之一，煤岩中的孔隙分为微孔、中孔和大孔，不同孔隙尺寸对超临界CO2的吸附行为有着显著影响。研究发现，超临界CO2在煤岩中的吸附能力随着压力的升高而增强，而在一定压力和温度条件下，其吸附能力又与煤岩的吸附表面特性、孔隙结构、煤阶（煤化程度）以及温度等因素密切相关。在吸附机理方面，超临界CO2与煤岩的相互作用表现出明显的非凝聚性特征，尤其是在较高压力下，这与传统的低压气体吸附有着本质的区别。非凝聚性意味着在超临界状态下，CO2分子之间几乎没有相互吸引，更多的表现出个体行为，这种特性使得超临界CO2在煤岩孔隙中的行为更加复杂。孔隙选择效应是另一项影响超临界CO2吸附的重要因素。研究表明，不同孔径的孔隙对CO2的吸附能力有显著影响。小孔隙由于其较大的比表面积，通常具有更高的吸附能力。孔隙尺寸的分布和煤岩的孔隙结构特征对于孔隙选择效应的模式和超临界CO2在煤岩中的吸附行为起到了决定性作用。孔隙结构的特性不仅影响吸附能力，也与CO2在煤岩中的运移速度和路径有关。吸附动力学是研究吸附速率及其随时间变化的规律。在超临界CO2与煤岩相互作用的研究中，吸附动力学模型能够帮助我们更好地理解吸附过程中的速率控制步骤。常见的动力学模型包括准一级模型、准二级模型以及Webber-Morris内扩散模型等。通过这些模型的分析，可以揭示在不同压力、温度、粒径及煤阶条件下吸附速率的变化规律，从而为提高CO2地质封存效率提供理论支持。在未来的相关研究方向中，针对超临界CO2与煤岩相互作用的实验研究和理论模型的深入发展将是重点。通过改进实验技术和设备，提高实验的准确性，能够为理论模型的建立提供更为准确的数据支持。此外，对于多尺度孔隙结构在超临界CO2吸附过程中的作用机制，以及温度、压力等因素对孔隙结构和吸附动力学影响的深入探索，将是今后研究的重要方向。超临界CO2在煤岩中的吸附机理及其表征模型的研究不仅对于CO2的地质封存技术至关重要，也对于理解和改善深部煤层资源的开发效率和环境保护策略具有重大意义。随着研究的深入和技术的发展，未来有望在这一领域取得更多的突破和进展。