不同冲击荷载下煤的孔隙结构变化规律研究

为研究冲击载荷作用下煤微观结构变化规律,采用低温液氮吸附实验对不同冲击荷载作用下王河煤矿煤样进行了试验研究,分析受不同冲击载荷作用下煤样的微观孔隙结构变化规律。结果表明:不同冲击载荷作用下煤样的微观孔隙结构会发生显著变化。当冲击载荷为68.21 MPa时,煤样部分中孔遭到破坏,煤样总孔容减小,微孔比表面积增加显著;当冲击荷载增加到120.64 MPa时,由于细颈瓶形状的微孔在冲击载荷作用下破坏,微孔比表面积所占比例明显减小,煤样孔容呈进一步减小趋势;可以认为在冲击载荷作用下,煤样微观结构从微孔向小孔、小孔向中孔及大孔转化,液氮吸附量持续减小。研究成果表明煤受外界冲击载荷作用会由于煤微观结构的变化进而影响煤瓦斯的赋存,煤开放孔的增加有利于煤矿瓦斯的抽放,对煤矿石门揭煤和煤松动爆破参数设计具有实用参考意义。     

碱液处理对褐煤孔隙结构的影响

为降低褐煤吸水性,选用不同浓度氢氧化钠溶液处理煤样.应用氮气吸附法、扫描电子显微镜(SEM)等对处理前后煤样进行分析表征,探求不同浓度碱液处理对锡林浩特褐煤孔隙结构的影响.结果表明:氢氧化钠浓度低于0.05mol/L时,煤样比表面积与原煤相比有所增加,浓度继续增加则会减小;总孔体积在碱浓度低于0.01mol/L时稍有增加,之后均比原煤小,大于0.5mol/L时总孔体积不再大幅变化;在0.01～0.5mol/L时,随着氢氧化钠浓度增加,处理后煤样的孔隙分布在中、微孔各孔径区域内均逐渐减少,其大孔相应增加;吸脱附等温线解析结果表明,碱浓度在0.001～0.05mol/L时,对其孔形产生影响较小,在0.1～1mol/L时,较小孔径范围内开始出现开放性小孔,并形成裂缝形孔.     

煤与瓦斯突出微观机理探索研究

为进一步研究煤孔隙结构对煤与瓦斯突出的影响,采用低温CO2吸附法、低温N2吸附法、压汞法以及小角X射线散射(SAXS)等方法,对8种不同瓦斯赋存条件下煤样全孔径(0.35～11 000 nm)分布进行了测试和综合表征.结果表明:煤样的开孔纳米孔隙(直径≤100 nm)占总孔容最高达92.7％,比表面积占总比表面积98％...     

污水污泥高温热解残渣孔隙结构特性分析

采用管式炉开展了不同含水量污水污泥高温热解制取残渣试验,通过ASAP 2020型物理吸附仪测定了污泥热解残渣的比表面积及孔隙结构特征,阐明了水的质量分数对污泥热解残渣微观孔隙结构的影响.研究显示:高温热解促使固相物质的孔隙结构充分发展,尤以2~10nm的中孔相对数量增加显著,3.75nm左右的孔隙所占比例出现峰值,热解残渣的孔容和BET比表面积显著增加;污泥中水的质量分数增加,污泥残渣的孔径分布更加均匀,中孔范围内的较大孔(>10nm)增多,则其残渣作为中孔范围内吸附剂可能性越大;BET比表面积、孔容、微孔比表面积和孔容均呈现先减小后增大再减小的过程.     

甲烷在官能团化石墨中吸附行为的影响因素研究

页岩中干酪根结构简化为不同碳氧比石墨结构,利用巨正则蒙特卡罗模拟方法研究甲烷分子在不同碳氧比石墨中吸附行为,讨论了孔径、温度、含水量和二氧化碳对甲烷在不同碳氧比石墨中吸附行为的影响,在此基础上分析碳氧比变化对甲烷吸附行为影响,揭示了甲烷在不同碳氧比石墨中的微观吸附机理以及温度、水分及二氧化碳对甲烷吸附行为的影响及其微观作用机理.研究结果表明:相同碳氧比中,当孔径从1nm增大到20nm时,甲烷在碳氧比为4孔中的平均等量吸附热从19.65kJ/mol减小为7.88kJ/mol,且甲烷过剩吸附量随微孔孔径增大而增大,而随中孔孔径增大而减小;相同孔径中,当碳氧比从4增加到20时,甲烷在孔径1nm中的平均等量吸附热从19.65kJ/mol减小为16.39kJ/mol,且甲烷过剩吸附量随着碳氧比增大而减小;当温度从313K升高到373K时,甲烷在碳氧比为4孔中的吸附逐渐由能量较低的吸附位向能量较高的吸附位转移,甲烷等量吸附热从12.76kJ/mol减小为12.16kJ/mol,造成甲烷过剩吸附量降低;水分子在孔中受到范德华力和静电能共同作用使其聚集在含氧官能团附近,且水分子占据了甲烷分子吸附空间,造成甲烷过剩吸附量降低;在多元组分竞争吸附中,不同碳氧比石墨对二氧化碳的吸附能力大于甲烷.甲烷在气相中摩尔分数降低、甲烷吸附位的变化以及甲烷吸附空间减小将导致了甲烷吸附能力降低.     

粉煤灰复合水泥浆体干燥收缩与孔结构关系的研究

采用氮吸附法研究了不同掺量粉煤灰对水泥浆体孔结构的影响,分析了干燥收缩与孔径分布、孔隙率、比表面积的关系。结果表明:粉煤灰的掺入使复合水泥浆体孔隙率、比表面积增加,细化样品孔结构的同时使较小毛细孔的比例减小,从而一定程度抑制了干燥收缩。     

液氮冷冲击时长对煤体致裂效果的影响

注氮参量的设置与煤体致裂效果密切相关,为研究液氮冷冲击循环过程中不同冷冲击时长对致裂效果的影响,开展不同冷冲击时长(5,10,15,20 min)液氮溶浸试验,利用低场核磁共振设备对比分析各组煤样孔径分布、孔隙数量、孔隙度及吸附/渗流孔变化规律,进而表征煤样在不同冷冲击时长下的孔隙发育程度.研究表明:不同冷冲击时长下煤...     

鄂西—渝东地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩孔隙结构特征

通过总有机碳质量分数w(TOC)、X线衍射全岩分析和低温氮气吸附实验,获取鄂西—渝东地区牛蹄塘组黑色页岩w(TOC)值、矿物组分、孔体积、比表面积和孔径分布,探讨微观孔隙发育控制因素.结果表明:沉积相控制矿物组分、矿物组分控制孔隙发育,孔隙发育特征反映不同的等温吸附线形态、孔径分布规律、孔体积和比表面积分布频率.浅水陆棚相黑色页岩碳酸盐矿物质量分数较高,石英和黏土质量分数相对较低;深水陆棚相基本不含碳酸盐矿物,石英和黏土质量分数较高;根据等温线和吸附回线特征将黑色页岩分为3类,分别对应碳酸盐矿物质量分数较高的浅水陆棚相黑色页岩、碳酸盐矿物质量分数中等的浅水陆棚相黑色页岩和几乎不含碳酸盐矿物的深水陆棚相黑色页岩;黑色页岩是否含碳酸盐矿物,其孔体积、比表面积和孔径分布区别明显.有机质丰度和矿物组分不同程度控制着鄂西—渝东地区牛蹄塘组黑色页岩微观孔隙发育.石英和黏土质量分数主要控制微观孔隙发育;w(TOC)对孔体积影响不大,但对比表面积有积极作用;碳酸盐矿物质量分数对总孔体积影响不大,但高质量分数碳酸盐矿物有利于宏孔体积增加.另外,碳酸盐矿物质量分数制约着黑色页岩比表面积发育.     

溶剂改造下构造煤纳米级孔隙的差异性变化及机理

以山西霍尔辛赫采集的煤样为研究对象,采用有机溶剂(CS_2)、有机酸(CH_3COOH)、无机酸(HCl)、强氧化剂(ClO_2)分别对不同煤体结构煤进行溶剂改造实验,并借助于低温液氮吸附实验,探讨了溶剂改造下构造煤纳米级孔隙的变化规律,认为不同类型的溶剂作用促使不同煤体结构煤中的纳米级孔隙发生差异性变化,这种变化主要因溶剂改造下煤中小分子化合物、表面官能团以及矿物质的变化引起的.研究结果表明:随着煤体破坏程度的增加,各类溶剂的抽提(溶出)率均呈现出增大的趋势,且有机溶剂的抽提率要远大于无机溶剂的溶出率;不同溶剂作用后,煤的BET比表面积和BJH孔容显著增大.其中,有机溶剂作用下破坏程度较大的煤样开放孔数量大于破坏程度较小的煤样,而无机溶剂作用下仅在碎粒煤大孔径阶段开放孔数量明显增加;各类溶剂对煤样均具有一定的扩孔效果,特别是对小孔径段的扩孔效果最为明显.相比而言,有机酸、有机溶剂孔隙改造效果最为显著,无机酸、氧化剂不显著.     

微结构对软硬煤瓦斯吸附特性的影响

针对3组不同变质程度的软硬煤样,采用等温吸附实验分析了不同软硬煤的瓦斯吸附特性;通过低压液氮吸附实验,研究了不同软硬煤的孔隙结构特征,从煤的物理微结构(孔隙结构)角度分析了不同软硬煤的瓦斯吸附控制机理;同时对不同软硬煤样进行了红外傅里叶光谱(FTIR)实验,研究了不同软硬煤的表面化学微结构特征及其对瓦斯吸附行为的微观作用机理.研究结果表明:不同软硬煤样的瓦斯吸附能力差异明显,随煤阶的升高,VL从17.35cm3/g增加到37.89cm3/g,pL在0.88~1.75 MPa范围内变化;肥煤和焦煤软煤的瓦斯吸附量均明显高于同种变质程度的硬煤,而无烟煤则正好相反;软煤的总比表面积始终明显大于对应的硬煤,不同软硬煤样的孔径分布峰值均出现在3~10nm的微孔范围内,微孔所占孔比表面积比例均大于50%,是比表面积的主要贡献者;肥煤和焦煤软煤较同阶硬煤拥有更大的比表面积和更少的含氧官能团,具有超前演化的特征,展现出了更好的瓦斯吸附性能;而无烟煤软煤较硬煤的成熟度更低,含氧官能团含量更高,导致其瓦斯吸附量小于相应的硬煤.煤体瓦斯吸附行为不仅受孔隙结构的影响,还与化学结构紧密相关,在实际应用中应同时予以考虑.     

龙口褐煤萃取后的微孔结构及化学组成变化

研究煤萃取后的小分子相的赋存方式及其变化规律,用不同溶剂对龙口褐煤进行了分级萃取.采用压汞法测试了萃取前后褐煤的微孔结构,通过元素分析和工业分析法测定了其化学组成.结果表明：原煤中小分子相是以“连续相”均匀混杂、互相交织的形式填充或吸附在煤的孔隙和大分子网络结构中.萃余物中的中,大孔多,不同孔径段的孔隙呈现间断性分布,揭示了小分子相的“断续性”的赋存方式;萃余物中的C,H元素含量均小于原煤,随着萃取级数的增加,C元素含量趋于增大,H元素含量趋于减小.H元素含量减小趋势要比其它元素明显很多,其变化更能反映萃取后小分子相的溶出行为;随着萃取级数的增加,萃余物中不同孔径段间的孔比表面积大小趋于接近,表现为比表面积参数在不同孔径段的“均匀化”程度增强.     

基于NMR的低渗煤体自渗吸实验研究

基于煤层注水对提高煤层气采收率、防治瓦斯灾害的重要性,研究了低渗煤体在自渗吸过程中的微观渗流特征.采用核磁共振(NMR)技术监测煤样在自渗吸实验中的T_2谱与一维频谱,得到了煤体在不同时刻、不同位置的一维水信号分布情况.结合孔隙结构,通过核磁法从微观角度分析吸水量和含水量的时间与空间演化规律.结果表明:在快速上升阶段与缓慢上升阶段的前期,吸附孔对煤样自渗吸起主导作用,最先达到饱和状态;随着时间的增加,中孔和大孔-微裂隙对自渗吸的贡献作用逐渐显著.孔隙吸水能力与孔径呈负相关,吸水量与孔径分布频率呈正相关.水进入煤样后,很小一部分水沿毛细管阻力较小的连通路径向前推进并率先到达出口,形成优势通道;而大部分水沿横向向同一水平面扩散,当此水平面内的孔隙接近饱和后,再向上部运移.     

基于液氮吸附实验的煤层夹矸孔隙结构特征研究

煤层夹矸存在孔隙,具有吸附气体的能力。为研究沁水盆地新景矿煤层夹矸孔隙特征,选择8#煤层夹矸和15#煤层夹矸进行液氮静态吸附法实验研究。根据实验结果对新景煤矿8#煤层夹矸和15#煤层夹矸孔隙结构特征中的比表面积、孔径、孔径占比进行分析。结果表明:新景8#煤层夹矸主要以微孔和小孔为主,微孔和小孔占总孔比的92%以上,新景15#煤层夹矸主要由微孔、小孔和中孔为主,微孔、小孔占67%,中孔占到32%左右。微孔、小孔孔径大小与比表面积和吸附量有较强的相关性。     

沁水盆地东南部高阶煤孔隙分形特征及意义

为研究有利于煤层气勘探开发的煤储层孔隙结构特征,以沁水盆地东南部寺河矿和赵庄矿的晚古生代高阶煤为研究对象,基于低温氮吸附数据,运用孔隙分形研究方法,揭示高阶煤中综合分形维数与孔径分布、镜质组反射率、兰氏体积与兰氏压力之间的关系。研究表明,沁水盆地南部高阶煤在不同孔径段内的孔隙具有明显的分形特征,煤样综合分形维数分布在2.47~2.97;煤样的综合分形维数与煤镜质组反射率具有正相关性,即煤样孔隙的粗糙度随着镜质组反射率的增高而变得更加粗糙;综合分形维数随着比表面积、总孔容、微孔及过渡孔孔容所占比例增加而增大,而随着中孔孔容所占比例的增加而减小。综合分形维数可以反映高阶煤的煤层气开发状况,即高阶煤中煤的综合分形维数越高,越有利于煤层气的开发。     

煤体纳米级孔隙低温氮吸附特征及分形性研究

为了研究不同煤级煤体纳米级孔隙结构特性,通过低温氮吸附法对宿州邹庄矿、平顶山八矿、鹤壁九矿的8组煤样进行对比实验,分析了煤孔隙结构特性,并运用孔隙分形几何学理论基础建立FHH模型,揭示了煤的变质程度和破坏程度对煤孔隙结构差异的影响。结果表明:(1)不同变质程度的煤,其吸附能力与变质程度并不呈线性关系,与共生原生结构煤相比,构造煤的平均孔径普遍较小,但其孔比表面积较大,且构造煤吸附能力明显强于原生结构煤。(2)不同煤级煤的分形维数D大小并不随着煤化程度的升高而呈规律性的线性变化,构造变形作用促使构造煤孔隙结构复杂化。(3)分形维数D越大,表明煤体孔隙结构越复杂,煤体孔比表面积及其吸附量也较大。(4)分形维数与平均孔径呈反比。     

脱水褐煤的孔隙结构对复吸性能影响

采用低温氮吸附法对不同温度热空气(<180℃)脱水后褐煤的孔结构进行表征,得到吸附/脱附等温线,依据NLDFT理论得出孔结构参数,并应用FHH模型计算分形维数.通过实验考察脱水褐煤的复吸率(MRV),分析了孔结构变化对复吸的影响.结果表明:脱水褐煤中存在大量一端封闭的盲孔,中孔和大孔主要以开放性孔形式存在;脱水温度140℃时中孔数量明显增加,孔容、比表面积及平均孔径均随脱水温度升高而增大;脱水褐煤的分形维数为2.52±0.03,并随脱水温度升高而增大;MRV与脱水温度成正比,脱水褐煤的复吸性能由比表面积、孔容、平均孔径等因素共同影响,其中比表面积影响最显著.     

催化法制备活性半焦及其脱硫性能的研究

为提高活性半焦脱硫剂的硫容并降低其成本,在活性半焦的制备过程中加入3种不同的催化剂,通过SO2吸附、N2吸附、XRD和IR等分析方法对半焦的微晶结构以及活性半焦的硫容、比表面积、孔隙结构和脱硫前后表面官能团的变化进行了测试和表征．结果表明：3种催化剂的加入都有利于减小表征半焦芳香结构层片大小的Lc值;活性半焦的穿透硫容随Lc的减小而增加,随平均孔径的减小而增加;催化法制备的活性半焦的穿透硫容为常规活性半焦穿透硫容的2．4～7．4倍;活性半焦上吸附的SO2主要以Ar—SO3-H的形式存在．     

活化工艺对活性炭纤维结构的影响

探讨了粘胶纤维活化条件(如活化温度、活化时间、活化剂浓度)对ACF的孔径分布、孔结构参数、晶格参数、纵横断面、元素烧蚀率的影响及ACF在活化过程中的差热分析(热分析现象的原因).研究表明,ACF微晶结构的变化(表现在d002增大,Lc、M减小)在比表面积增大的过程中起着相当重要的作用;粘胶基ACF的微孔在一定范围内,较大的平均孔径可提供较大的比表面积;随着活化温度的升高,ACFD的比表面积增大;同时ACF的Tb和T1/2都逐渐增大,表明随纤维各元素逐渐被烧蚀,其活性反应点逐渐减少,与纤维的比表面积逐渐增大现象相对应.     

三轴冲击荷载作用前后软黏土的微观结构变化研究

利用SPAX-2000改进型静动真三轴测试系统进行了软黏土冲击试验，借助扫描电子显微镜观测技术获取了软黏土微观结构图像；提取了孔隙个数、孔隙总面积、面积分级、孔隙总周长、平均孔径、圆度、形状系数和各向异性率共8个微观结构参数；对比了冲击荷载作用前后的微观结构参数变化。研究结果表明，冲击荷载作用下微观结构参数呈现一定的规律变化，该研究成果可为动力排水固结法处理软土地基提供微观理论依据。     

具有大孔-介孔结构的磷酸钛的合成及溶菌酶吸附

以混合表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)合成了大孔-介孔结构磷酸钛,并利用X射线衍射、红外光谱、扫描电镜、透射电镜、氮气吸附等表征手段对所制备材料的结构、形貌进行表征.水/乙醇体系的样品具有大孔-介孔结构,比表面积为162 m2/g,且大孔-孔径为1~2 m.乙醇溶剂条件下样品以介孔结构存在,比表面积可以达到272 m2/g,孔容0.359 cm3/g,孔径3.7 nm.在不同的pH溶液中测试溶菌酶吸附性能,最大吸附量在等电点处(=25.94 mol/g),吸附等温线为典型的L型,表明磷酸钛是一种很好的蛋白质吸附剂.