麦芽糊精-氨基酸复合体系中甲烷水合物形成的动力学与宏观生长过程

《Langmuir》：Kinetic and Macroscopic Growth of Methane Hydrate Formation in Maltodextrin–Amino Acid Composite Systems

天然气水合物储气技术面临动力学缓慢和化学表面活性剂污染问题，本研究采用生物表面活性剂麦芽糊精为促进剂，通过结合甲硫氨酸和苯丙氨酸形成复合体系，显著提升水合物形成速度和储气能力。实验表明麦芽糊精浓度达1000 ppm时，储气量较纯水系统提升554.6%，且甲硫氨酸复合体系效果优于苯丙氨酸体系，协同使用可将诱导时间缩短至4.5分钟（纯水系统98.2%）。500-1000 ppm浓度区间效果最佳，为绿色开发水合物技术提供新路径。

　　

随着全球能源需求的持续增长，作为清洁燃料的天然气受到了人们的关注，而天然气水合物作为一种天然气储存技术也备受重视。然而，天然气水合物的工业化面临着甲烷水合物形成动力学缓慢的问题，以及广泛使用化学合成表面活性剂所带来的负面环境影响。为了解决这些问题，当前的研究重点在于开发环保型绿色催化剂。在本实验中，利用生物表面活性剂麦芽糊精作为主要促进剂，与蛋氨酸和苯丙氨酸结合，产生了协同效应。结果表明，麦芽糊精显著改善了水合物形成的缓慢动力学，其促进效果与浓度密切相关。当浓度为1000 ppm时，水合物的最大气体储存容量比纯水系统提高了554.6%。与苯丙氨酸-麦芽糊精复合体系相比，蛋氨酸-麦芽糊精复合体系在促进水合物形成方面效果更佳。麦芽糊精与两种氨基酸的组合研究表明，1000 ppm的麦芽糊精与2000 ppm的苯丙氨酸结合可以将水合物诱导时间缩短至4.5分钟（比纯水系统缩短了98.2%）；1000 ppm的麦芽糊精与1500 ppm的蛋氨酸结合后，最终气体储存容量增加到135.2 v/v（比纯水系统高435.9%）。值得注意的是，500至1000 ppm之间的麦芽糊精浓度具有最佳的促进效果。这一系列研究不仅为解决天然气水合物技术中的动态瓶颈和环境风险提供了绿色可行的解决方案，还为实现更安全、更稳定、更环保的天然气水合物工业应用提供了重要支持。