水分对低阶煤纳米孔中二氧化碳吸附和扩散的影响

《Scientific Reports》：Effect of water on CO2 adsorption and diffusion in low-rank coal nanopores

　　

摘要

本研究利用扫描电子显微镜以及N₂和CO₂吸附方法获得了低品位褐煤的纳米孔结构。基于这些数据，构建了不同含水量条件下褐煤的纳米孔模型。随后对褐煤的CO₂吸附和扩散性能进行了研究。研究结果表明，水分是限制CO₂储存能力的主要因素。水分子会优先占据高能吸附位点并形成致密的水膜，从而产生显著的“屏蔽效应”，大幅降低CO₂的吸附密度。随着含水量的增加，CO₂的相互作用能量分布从干燥条件下的非均匀“高能长尾”分布转变为均匀的低能分布，并伴随着热力学稳定性的显著降低。在当前模拟条件下，CO₂的扩散系数表现出非单调变化，这可以归因于低至中等含水量时表面能的平滑效应与高含水量时水膜堵塞机制之间的差异。