NO在焦炭表面的吸附特性

为明确NO在焦炭表面异相还原的反应机理,选用合理简化的纯碳和含氮焦炭模型,使用密度泛函理论对NO在不同焦炭模型上的吸附特性进行研究。在B3LYP/6-31G(d)水平上优化焦炭模型及NO吸附产物,得到NO在不同模型上的吸附反应热。计算结果表明,NO在纯碳表面的吸附为放热过程;NO以N原子与焦炭氮结合的方式吸附在含氮焦炭表面为放热反应,以O原子与焦炭氮结合的方式吸附在锯齿型和扶手型含氮焦炭“空穴位”上为放热反应,吸附在扶手型含氮焦炭“外肩位”上为弱吸热反应。NO最倾向于吸附在锯齿型结构纯碳表面;当吸附在含氮焦炭上时,倾向于N-N结合方式的吸附。     

甲烷在页岩上的吸附等温过程

为了从热力学角度研究页岩吸附甲烷的机理,通过容积法测定35,50和65℃时,0~12MPa下甲烷在页岩上的吸附等温线,采用考虑吸附相体积的修正Langmuir模型处理实验数据,并根据Clausius-Clapeyron方程和vant Hoff方程计算甲烷在页岩上吸附时的等量吸附热和极限吸附热。结果表明:甲烷在页岩上的吸附等温线具有Ⅰ型吸附等温线特征,修正Langmuir吸附模型较好地拟合了吸附数据,拟合的平均相对误差小于4.1%。根据等量吸附线计算的等量吸附热为11.67~16.62 kJ/mol,平均14.58 kJ/mol,说明页岩对甲烷的吸附为物理吸附,并且等量吸附热随甲烷吸附量的增大而非线性递减,表明页岩表面能量的不均匀性,甲烷分子优先吸附在页岩表面的高能吸附位。由vant Hoff方程计算甲烷在页岩上的极限吸附热为23.91 kJ/mol。     

搅拌磨湿法超细磨矿中钛酸酯改性重质碳酸钙的研究(Ⅱ)──钛酸酯与重钙矿物表面的作用机理

采用红外光谱、X光电子能谱和吸附强度试验等手段,研究了重质碳酸钙搅拌磨湿法超细磨矿中,采用钛酸酯偶联剂（NT2）对其进行表面改性时,NT2与重钙矿物表面的作用机理。结果表明,NT2以化学和物理作用两种方式在矿物表面吸附,化学吸附为主,物理吸附为辅。还建立了NT2在矿物表面的化学吸附模型。     

基于密度泛函理论的水对黄铁矿和煤表面润湿性机理研究

浮选建立在矿物表面润湿性差异之上,为了研究水对黄铁矿和煤表面的润湿机理,构建了黄铁矿和理想化的煤表面模型,并采用密度泛函理论（DFT）分析了水分子和氧分子在黄铁矿和理想化的煤表面上的吸附。结果表明:黄铁矿表面的电子性质活跃,表面Fe与S原子均有未成键的悬挂键,使得黄铁矿表面对水具有较强的吸附活性;水分子在黄铁矿表面各吸附位的吸附能均为负值,底部对硫穴位为水分子吸附的最稳定构型（吸附能为?87.42 kJ/mol）;氧分子在黄铁矿表面吸附时会发生解离,但其对已吸附的水分子影响较小。理想化的煤表面原子的配位数与体相相同,且表面对电子的束缚较强,使得理想化的煤表面吸附活性较弱;水分子在各吸附位的吸附能均为正值,说明水分子难以吸附在理想化的煤表面上;氧分子在理想化的煤表面上吸附时未发生解离,且将已吸附的水分子排离表面。因此,黄铁矿表面具有较强的亲水性,而理想化的煤表面具有较强的疏水性。      

煤与甲烷气体相互作用机理的研究

甲烷气体 (瓦斯 )主要以游离和吸附态赋存于煤中已形成共识。但是关于煤层内真实甲烷气体状态方程与理想气体状态方程的偏差认识尚有不清 ,对煤表面吸附甲烷气体的相互作用机理的认识尚有差距 ,应用统计热力学与量子化学的理论 ,结合实验量化计算结果 ,对上述诸问题进行了分析和探讨。研究结果表明 :提出的真实甲烷气体状态的经验方程能更客观地反映煤层内游离甲烷气体的真实状态 ,用Morse势能经验函数能较客观地描述煤的芳香核表面吸附甲烷分子的相互作用过程 ,煤核表面吸附甲烷分子以正三角锥重叠式排列为最稳定的结构模型 ,而且以单层为主的物理吸附为特征。     

浮选理论及浮选问题解决方法

叙述了一些浮选理论问题。用热力学计算和试验研究结果建立了浮选过程物理化学模型。研究结果表明 ,捕收剂同时在矿物表面上化学吸附和物理吸附是矿物有效浮选的两个必要条件。所获得的浮选过程物理化学模型可用于完善浮选工艺和制定自动控制系统 ,以便选矿厂获得最佳的技术经济指标     

浮选理论及浮选总是解决方法

叙述了一些浮选理论问题。用热力学计算和试验研究结果建立了浮选过程物理化学模型。研究结果表明，捕收剂同时在矿物表面上化学吸附和物理吸附是矿物有效浮选的两个必要条件。所获得的浮选过程物理化学模型可用于完善浮选工艺和制定自动控制系统，以便选矿厂获得最佳的技术经济指标。     

甲烷在页岩黏土矿物中吸附行为的分子模拟

为从微观角度研究页岩气在页岩黏土矿物中的吸附行为,利用分子模拟软件Materials studio构建了蒙脱石、伊利石及伊/蒙混层3种黏土矿物的模型,采用巨正则蒙特卡洛(GCMC)方法对页岩气主要成分甲烷在黏土矿物上的吸附行为进行模拟。研究表明,甲烷在不同孔径蒙脱石、伊/蒙混层和伊利石上的平均等量吸附热均小于42 kJ/mol,说明甲烷在黏土矿物表面发生物理吸附。甲烷在3种黏土矿物表面的吸附等温线呈现出相同的规律,均符合I型吸附曲线特征,Langmuir模型的拟合精度较高。3种黏土矿物对甲烷的吸附能力强度顺序为:蒙脱石伊/蒙混层伊利石。在伊/蒙混层矿物中,层间离子比甲烷分子更靠近黏土片层,蒙脱石片层一侧吸附的甲烷密度大于伊利石一侧,表明蒙脱石片层的吸附能力强于伊利石,但伊/蒙混层矿物中黏土片层的吸附作用对甲烷吸附层密度的影响随着压力升高而减弱。本文分别构建了孔径为1,2和4 nm的3种黏土矿物模型,从微观角度研究孔径对甲烷吸附的影响。模拟结果表明,黏土矿物孔径越小,甲烷吸附的等量吸附热越大,证明吸附更加牢固,对甲烷的吸附能力更强,但受到孔内有限空间的限制,甲烷在黏土矿物内的绝对吸附量及饱和吸附量随孔径减小而降低。     

搅拌磨湿法超细磨矿中钛酸酯改性重质碳酸钙的研究（Ⅱ）：钛酸酯与重钙？…

采用红外光谱、Ｘ光电子能谱和吸附强度试验等手段,研究了重质碳酸钙搅拌磨湿法超细磨矿中,采用钛酸酯偶联剂（ＮＴ２）对其进行表面改性时,ＮＴ２与重钙矿物表面的作用机理,ＮＴ２以化学和物理作用两种方式在矿物表面吸附,化学吸附为主,物理吸附为辅。还建立了ＮＴ２在矿物表面的化学吸附模型。     

高压甲烷与二氧化碳吸附对煤体官能团特性的影响研究

为了研究高压甲烷与二氧化碳吸附对煤体官能团特性的影响,选取长焰煤和无烟煤两种煤样,进行了2、4、6 MPa压力等级下甲烷与二氧化碳的吸附处理,并利用傅里叶红外光谱(FTIR)分析了煤吸附气体前后官能团的变化,结果表明:长焰煤中含氧官能团明显多于无烟煤,但对于两种煤样而言,不论是吸附何种压力的甲烷还是二氧化碳,吸附前后煤中官能团的分布并没有出现明显的变化,没有任何新的吸收峰出现,或原有的吸收峰消失,这说明在通常的试验条件与现场环境中,在煤吸附甲烷与二氧化碳的过程中并没有发生化学吸附,煤吸附甲烷与二氧化碳可以认定为纯物理吸附。     

碳质物对高含碳金矿浮选影响的试验研究

针对某高含碳金矿不脱碳浮选工艺,考察了不同碳含量对载金矿物浮选的影响;明确了碳质物的晶体结构与石墨化程度,评价了碳质物对捕收剂的吸附能力,研究了不同屏蔽剂对金、碳品位和回收率的影响。结果表明:随着碳质物含量从2.86%提高到7.21%,载金矿物品位从20.07%下降至1.37%,回收率从67.99%下降至10.27%;碳质物主要为半自形石墨或无定形碳,石墨化程度高于活性碳。该碳质物对药剂吸附(对丁基黄药和丁基铵黑药的吸附率分别为49.88%和27.44%)是导致金回收率较低的主要原因。萘磺酸钠(400g/t)抑制剂可使粗精矿中碳品位从15.44%降至13.89%,金品位从22.7g/t增加至29.2g/t,回收率从30.76%提升至45.65%。     

富有机质页岩中主要黏土矿物吸附甲烷特性

为了研究富有机质页岩中黏土矿物对页岩气赋存的贡献,针对采自湘西北下古生界地层的富有机质页岩样品和购自国际黏土矿物协会的伊利石、蒙脱石、高岭石等标准黏土矿物样品,开展了不同条件下的甲烷等温吸附实验以及其他相关的测试分析。实验结果显示:在压力20MPa、温度为60℃条件下,蒙脱石的甲烷吸附量最高(4.02cm3/g),高岭石、伊利石和伊蒙混层也具有较大的吸附量(分别为3.48,3.46,3.10cm3/g),绿泥石的吸附量最小(0.88cm3/g)。黏土矿物对甲烷吸附量的大小主要受控于其有效表面积,不同种类黏土矿物内部吸附水对其甲烷分子有效吸附表面积会产生不同影响;同时对比不同温度下(30,60,90℃)伊利石的等温吸附实验结果发现,随着温度的升高甲烷吸附量呈递减的趋势;温度的升高会造成伊利石内部吸附水含量的变化,影响其对甲烷分子的束缚能力。根据等温吸附实验结果计算得到黏土矿物对两个黑色页岩样品的甲烷吸附贡献率分别为44.12%和16.74%。     

煤的分形维数及其对瓦斯吸附的影响

为了从分形的角度研究煤体性质对瓦斯吸附的影响,采用高压容量法测试了8种煤样的瓦斯吸附能力,并根据Langmuir方程拟合得到了表征煤样吸附能力的参数Langmuir体积和Langmuir压力。同时,根据液氮吸附实验,利用分形理论计算得到了煤样的分形维数,并研究了分形维数对瓦斯吸附的影响。研究结果表明：煤样在不同压力段时具有不同的吸附特性,因此具有不同的分形维数D1和D2。D1和D2对瓦斯吸附的影响作用不同,随着D1的增大,煤体吸附瓦斯的能力增强,而随着D2的增大,煤体吸附瓦斯的能力减弱,而且,D1对吸附能力的影响作用比D2强。随着D1的增大,Langmuir压力逐渐减小,煤样在低压段的吸附能力增强,煤体更容易吸附瓦斯,而D2对Langmuir压力无显著影响。     

Two-state energy model and experimental study of coal adsorb methane

There are two states of methane existing in coal, free methane and adsorptive methane. The two states of methane exchanged with each other which need the energy exchange with outside. It is released heat when methane adsorption on coal, instead of absorbed heat. According to the gas molecules Boltzmann energy distribution, is obtained the equilibrium equations of the two states of methane in coal, as well as the heat of adsorption equation when exchanged into each other. At the same time, high temperature experiments of methane adsorption on coal have been certificated to the theoretical model. At last the experimental results presented that: the two-state energy model could be accurately described the distribution of the two states of methane in the coal; the adsorption heat is related to the initial equilibrium state of methane adsorption; the adsorption heats are different with different coal ranks.     

含氧煤层气在碳分子筛上的吸附动力学

为探究基于动力学分离效应的碳分子筛对含氧煤层气的吸附分离特性,对煤层气中CH4,N2,O2三种气体在两种商业碳分子筛（CMS-1,CMS-2）上的吸附动力学和平衡吸附特性开展了研究。结果表明：这两种碳分子筛对CH4的平衡吸附量均大于N2和O2,为甲烷选择性吸附剂;通过扩散模型的模拟和分析指出,采用分段微孔扩散模型能够很好地预测3种气体在碳分子筛上的动态吸附过程; CH4,N2,O2三种气体分别在Fc为0.5,0.6,0.7之前呈现较快的扩散速率,随后扩散速率明显变慢。CMS-1,CMS-2两种碳分子筛均存在动力学吸附特性和平衡分离特性相互抑制的现象,N2,O2与CH4的综合分离因子分别为5.84,18.75,4.20,16.82,表明这两种碳分子筛均具有较好的煤层气的脱氧浓缩性能。     

羟基自由基在菱镁矿界面的吸附特性模拟

为明确水中脉冲放电产生的羟基自由基(·OH)在菱镁矿解离面的吸附特性,本文采用Materials Studio软件对菱镁矿(211)解离面进行态密度分析,选择菱镁矿(211)解离面中Mg原子的顶位,建立·OH吸附模型。模拟结果表明,菱镁矿与·OH之间的吸附能为-4.381eV,·OH可吸附在菱镁矿(211)解离面上。     

甲烷在黏土矿物狭缝孔中吸附的分子模拟研究

利用巨正则蒙特卡罗模拟方法和分子动力学方法研究甲烷分子在4类黏土矿物(蒙脱石、高岭石、伊利石和绿泥石)中赋存微观结构和微观吸附机理,并研究不同孔径和不同压力对甲烷在4类黏土矿物中吸附行为的影响。研究结果表明:甲烷的平均等量吸附热随着孔径增大而下降,且小于42 k J/mol,证明甲烷在黏土矿物中的吸附属于物理吸附;甲烷分子受到黏土矿物孔壁面势能作用影响,在孔壁面附近区域聚集从而形成吸附层,其为吸附相,而远离孔壁区域,受到孔壁面势能较弱或未受到孔壁面势能作用影响,甲烷分子分散于孔中,其为游离相;甲烷分子在不同类型黏土矿物不同尺度的孔隙中赋存状态存在差异;黏土矿物微孔中,甲烷吸附量随着孔径增大而增大,而中孔中,甲烷吸附量随着孔径增大而减小;从微观角度来看相同孔径中,不同类型黏土矿物对甲烷近似有相同的吸附能力,但是宏观角度来看不同类型黏土矿物样品对甲烷的吸附能力差异较大,说明不同类型黏土矿物样品对甲烷吸附能力主要通过比表面积因素来影响;甲烷分子在孔中吸附气量所占比例随着压力增大或孔径增大而呈下降趋势。     

煤中甲烷等温吸附模型的研究

利用SPSS软件对Langmuir,Freundlich,Langrnuir-Freundlich,Toth,扩展Langmuir,BET,D—R,D—A等8个模型以及3个曲线回归方程对晋城和潞安二煤CH4吸附实验数据进行拟合,并分别检验了实验数据的拟合程度．结果表明：这些模型和方程对煤吸附CH4实验数据都拟合较好,模型或方程的参数越多拟合程度越高;Langmuir模型对煤吸附CH4等温线拟合程度并不很高,D—A提供了最好的拟合;3参数BET模型中的超临界饱和蒸气压可用经验公式估算．     

基于重量法的页岩气超临界吸附特征实验研究

为了有效分析页岩气体的超临界吸附特征,利用重量法等温吸附仪,借助高精度的磁悬浮天平系统,直接测试了不同压力条件下甲烷气体密度及其过剩吸附量。实验测试结果表明,当压力较小时,过剩吸附量随着压力增大而增大;当压力大于8 MPa后,过剩吸附量会随着压力的增大而减小,这主要是由于甲烷吸附相密度与游离相密度差值随压力先增大后减小导致的。页岩中超临界甲烷的等温吸附曲线在压力较大时,必然存在下降的趋势,这并非异常现象,而是超临界甲烷过剩吸附量的本质特征。此外,利用高压段甲烷过剩吸附量随压力直线递减的规律,确定了甲烷吸附相体积的计算方法,并且采取定吸附相体积的方法对绝对吸附量进行了校正,校正结果表明,超临界甲烷在页岩中的绝对吸附量依旧能很好的利用Langmuir吸附模型进行拟合及分析,可以将该经典的吸附理论扩展到超临界温度领域。     

煤表面非均匀势阱吸附甲烷特性数值模拟

利用蒙特卡洛方法建立了煤与甲烷吸附动力学的数值模型,并对两种非均匀势阱煤样模型的吸附甲烷过程进行计算,分析其在不同温度与吸附压力下吸附甲烷特性以及吸附热的变化规律。研究表明:非均匀势阱煤样模型等温吸附过程与理想朗格缪尔曲线有明显不同,等压吸附过程可利用负指数规律精确描述。煤样模型势阱深度分布的非均匀特征对煤与甲烷吸附热,以及吸附量对于温度和压力的敏感性均有一定影响。通过对不同吸附压力下吸附速率参数b的拟合计算,推导出非均匀势阱等温吸附方程,物理实验验证表明该方程对真实煤样吸附解吸甲烷过程的描述比理想朗格缪尔方程更加精确。