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高岭土的加入促进了水合物晶体生长

时间:2014-05-14 10:24:59

作者:世邦机器

研究表明,高岭土的加入促进了水合物晶体生长,使得水合物晶体中包含的CH4量增大,瓦斯水合分离效果更好。通过高岭土加工设备,可对高岭土加工技术进行实现,由此发挥高岭土更高的利用价值。质量分数较高的SDS-高岭土体系可以使水合物晶体分形生长,水合物中CH4浓度更高。生成的水合物中CH4浓度比原料气分别提高20.61%和18.70%。同时发现水合物生成过程由晶体成核和生长两个阶段组成。水合物成核是由水分子及周围气体分子形成的小分子簇经历溶解、生长、再溶解过程达到临界尺寸而形成可继续生长的晶核的过程。晶核需要在过饱和溶液中才能形成,由于CH4在水中的溶解度很小,在静止的纯水体系中,仅气液接触面CH4分子才能达到水合物成核所需浓度,因此,水合物一般在气液接触面生成,而且生成速率非常缓慢。当加入表面活性剂SDS时,由于SDS具有亲水基和亲油基,亲油基可以携带CH4等气件分子进入溶液相,降低了溶液的表面张力,增大了CH4等气体分子在水中的溶解度。当SDS超过临界胶束浓度,SDS在溶液中以胶束的形式存在,增溶效果更好。由于SDS的增溶作用,使得CH4等气体在溶液中更快达到过饱和,从而加速了水合物的结晶过程。在实验中所观察到的SDS体系中水合物晶体颗粒首先在溶液中出现,进而在较短时间内整个溶液充满水合物固体等现象验证了这一机理。

水合物结晶成核方式又分为均相成核和非均相成核两种。非均相成核是水溶液中存在外来物质粒子干扰条件下的成核,从自由能的角度看,外来物质微粒在一定程度上可以降低成核势能,诱导晶核的产生,因此非均相成核可以在比均相成核低的过饱和度下发生。当SDS溶液中悬浮有高岭土微粒时,高岭土微粒促进了非均相成核,因此与SDS溶液相比,SDS-高岭土体系对水合物生成的促进作用更好。

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