CH₄,CO₂和N₂多组分气体在煤分子中吸附热力学特性的分子模拟

李树刚^1,2，白杨^1,2，林海飞^1,2，严敏^1,2，龙航^1,2

1. 西安科技大学安全科学与工程学院2. 教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室

摘 要：为进一步明确煤分子吸附多组分气体的热力学机制,应用巨正则系综蒙特卡洛（GCMC）模拟方法,从热力学角度研究了不同温度下等比例CH₄,CO₂,N₂多组分气体在煤分子模型中的吸附行为。研究表明:在晶胞内CH₄呈点状分布,CO₂呈簇状分布,N₂呈带状分布; 3种气体的吸附量、吸附热、吸附熵关系均为CO₂>CH₄>N₂,吸附势能CO₂<CH₄<N₂;吸附量与吸附热呈线性正相关关系,吸附热与温度无明显关系;煤分子吸附CH₄,N₂,CO₂的吸附势能与其吸附量成反比,吸附势能不仅受煤分子表面自由粒子色散力影响,也受吸附焓和吸附熵的影响;相同条件下,3种气体的吸附熵与吸附量和温度均呈负相关关系;吸附热力学参数能用来表征煤分子的吸附特性,从热力学角度证实煤分子吸附CO₂优于CH₄和N₂。

关键词：分子模拟;吸附热;多组分气体;吸附势能;吸附熵;