砂岩储层中CO2吸附的分子模拟研究：地质封存机制与竞争吸附效应

来自多方法联合研究团队的研究人员通过巨正则蒙特卡洛（GCMC）、分子动力学（MD）和密度泛函理论（DFT）模拟，系统揭示了砂岩纳米孔隙中CO2与H2O的竞争吸附机制。研究发现含水条件下CO2吸附量显著降低（最高达92.2%），证实H2O分子通过更强吸附能（-59.96 kJ/mol）和电荷转移（0.027 e）主导吸附位点，为CCS/CO2-EOR技术提供关键理论支撑。

　　

通过巨正则蒙特卡洛（GCMC）、分子动力学（MD）和密度泛函理论（DFT）等多尺度模拟方法，对砂岩纳米孔隙中二氧化碳（CO₂）的吸附行为开展了系统性研究。结果表明：CO₂吸附量随压力升高而增加，但随温度上升而下降；在323.15开尔文（K）和20兆帕（MPa）条件下，含水孔隙中的CO₂吸附量较干燥条件依次下降27.8%、54.4%、76.3%和92.2%。密度分布曲线显示CO₂分子呈对称分布特征。DFT计算进一步揭示水（H₂O）分子对CO₂吸附的抑制机制：H₂O的吸附能（-59.96 kJ/mol）显著低于CO₂（-17.26 kJ/mol），且向二氧化硅（SiO₂）(001)晶面的电荷转移量（0.027 e）更大。这些发现明确了水分子在砂岩孔隙中对CO₂吸附的竞争优势，为碳捕集与封存（CCS）及CO₂驱油增产（CO₂-EOR）技术提供了分子层面的理论依据。