CO₂和CH₄在煤基质表面竞争吸附的热力学分析

周来^1,2,3，冯启言^1,2，秦勇³

1. 中国矿业大学环境与测绘学院2. 江苏省煤基CO2捕集与地质储存重点实验室3. 煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室(中国矿业大学)

摘 要：利用煤表面自由能变化值和等量吸附热评价了25、30、40℃条件下CO2在煤层中优先吸附性以及CO2与CH4竞争吸附机理。煤吸附CO2后的表面自由能变化值要普遍大于煤吸附CH4后的表面自由能变化值,揭示了单位面积煤基质表面对CO2吸附量要高于对CH4吸附量的热力学本质;通过变换CO2和CH4的等量吸附曲线,得到煤样对CO2和CH4的初始等量吸附热值Qst0分别为48.2 kJ/mol和33.4 kJ/mol,揭示了煤对CO2的吸附作用力要强于CH4,并且煤对CO2的等量吸附热随吸附量的增加呈现增加趋势,与吸附气体分子间的相互作用力相关,表明CO2在煤基质表面存在多分子层吸附。

关键词：二氧化碳;甲烷;竞争吸附;表面自由能;等量吸附热;