PSA用煤基炭分子筛及其制备方法与工艺

阐述了炭分子筛孔隙结构、筛分原理 ,综述了煤基炭分子筛制备方法和工艺 ,并对我国煤基炭分子筛制备中存在的问题及今后的发展提出了建议     

突出煤和非突出煤的孔隙性研究

<正>煤是一种复杂的多孔性固体,它具有分子筛和胶体的一些性质.成煤母体在整个成煤过程中都伴随着大量气体的生成,气体逸出和储存空间俗称孔隙.对于多孔性固体,除了比表面积等参数外,孔隙结构对于煤的许多物理、化学过程都起着很重要的作用.英国学者Brichall等通过试验提出一个观点:决定材料强度的关健在于材料中某种尺寸以上的大孔所占的比例.大孔所占的比例越少,最大尺寸孔的孔径越小,则强度越高.由此看来,煤中大孔的尺寸,孔径的分布以及物质的均一性对于煤的破碎性,气体的吸附、解吸、扩散和运移等均有着重大的影响.本文现介绍通过压汞仪对淮南B_(11b)和B_(10)煤层煤进行孔隙测定的结果.     

磁性分子筛复合材料的制备及吸附性能研究

分子筛是一种孔隙结构均匀的硅铝酸盐,具有高效的吸附性能;秸秆炭是由秸秆经热解等化学转化方法制备的一种吸附材料,具有一定的孔道结构,因而表现出优异的吸附性能。笔者从沸石分子筛复合材料吸附性能的研究价值出发,通过在制备分子筛/秸秆炭复合材料的过程中引入四氧化三铁纳米颗粒,成功制得了磁性分子筛/秸秆炭复合材料。研究结果表明,当复合材料用量为0.1 g、吸附温度为35℃、吸附pH值为7、吸附时间为50 min时,该复合材料吸附性能优异,在外加磁场下易于分离与回收,具有较为广泛的应用前景。     

煤孔隙结构构造变形的压汞法和小角X射线散射表征

依托渭北煤田韩城矿区煤样,采用压汞法和小角X射线散射技术(SAXS),结合孔隙分形表征,从分形特征的角度探讨了构造变形对煤孔隙结构的影响程度。结果表明,煤的孔隙分形维数定量表征了构造煤孔隙结构的差异性变化及其非均质性。强构造变形煤具有较高的渗流孔分形维数(DHg),孔隙结构及表面非均质性较高,而渗透率较低,说明强烈构造变形所导致的复杂孔隙结构是构造煤储层低渗透的原因之一。吸附孔孔隙表面分形维数(DSAXS)随着构造变形的增强而增大,表明变形作用造成煤孔隙表面结构在微观上变得复杂。研究认为,分形维数可以指示煤中孔隙结构的构造变形程度。     

贵州典型矿区突出煤孔隙结构及其吸附特性实验研究

为了完善贵州区内突出煤的孔隙结构和吸附特性等物理特性,基于煤的孔隙结构和吸附特性对于瓦斯(煤层气)抽采与防治煤与瓦斯突出的重要性,采用相关仪器测定了贵州突出煤的孔隙结构和吸附特性,并分析了实验结果。结果表明：突出煤样平行层理表面均存在一定数量的晶体物质和微孔;突出煤样垂直节理表面可见一道或几道平行或交叉的且大小不一的裂隙;突出煤样的孔隙或裂隙孔径大部分在0~10 nm之间,孔径为3~5 nm的微孔在煤样中最为丰富,为瓦斯(煤层气)主要吸附空间;当相对压力达到0.8左右时,瓦斯吸附量会急剧上升;突出煤样瓦斯吸附量存在较大差异,孔容大的吸附量大。     

含瓦斯煤吸附特性影响因素研究

为研究含瓦斯煤物质组成成分和孔隙结构参数对煤吸附能力的影响,采用压汞试验测试了5种煤样的孔隙结构,并研究了含瓦斯煤比表面积、平均孔径、孔隙度和分形维数等4种孔隙结构参数,分析了含瓦斯煤物质组成成分和孔隙结构参数对瓦斯吸附能力的影响。研究表明:水分、挥发分、比表面积与瓦斯极限吸附量(V_L)呈二次函数关系,灰分和V_L呈负相关,平均孔径和孔隙度与V_L呈正相关。Langmuir压力(P_L)随着灰分和挥发分的增大而增大,随平均孔径和孔隙度的增大而减小,且与比表面积呈二次函数关系。煤样在不同压力阶段具有不同分形特征,因此具有不同的分形维数D_1(r10nm)和D_2(r10nm)。D_1和D_2均大于2.9,分形特征明显。V_L随着D_1的增大而增大,随着D_2的增大而减小。分形维数与P_L的关系不明显。     

基于煤中甲烷赋存和运移特性的新孔隙分类方法

煤中复杂的多尺度孔隙结构是瓦斯赋存的空间和运移的通道，厘清甲烷在不同孔隙中的赋存和运移特性对煤层瓦斯的抽采利用以及灾害防治具有重要意义。在过去的几十年中，学者们对煤中复杂孔隙结构进行了大量的研究与分类。随着孔隙测试技术的发展，以及对煤中甲烷赋存和运移特性的进一步认识，发现现有的煤孔隙分类方法存在不足。因此，对以往的孔隙分类方法进行全面回顾，并基于最新的煤中甲烷赋存和运移特性的研究成果，提出了一种新的针对煤和甲烷系统的孔隙分类方法。将煤中孔隙结构划分为不可达孔(<0.38 nm)、填充孔(0.38～1.50 nm,吸附相扩散)、扩散孔(1.50～100 nm,游离相扩散)和渗流孔(>100 nm)4类，且煤中不同孔隙(填充孔、扩散孔和渗流孔)形成顺序串联，相同孔隙形成相互并联为主的连接模式。煤中甲烷主要以微孔填充形式吸附于填充孔中，填充孔中的吸附态甲烷作为煤层瓦斯运移的源头，以吸附相扩散的形式为扩散孔中的游离相扩散提供源源不断的甲烷分子，而扩散孔中运移的甲烷也汇总至渗流孔并不断渗流到抽采钻孔或煤壁表面。新的煤孔隙分类方法总结了甲烷分子在不同尺寸孔隙结构中的赋存形式(微孔填充吸...     

基于压汞、低温N_2吸附和CO_2吸附的构造煤孔隙结构表征

我国煤层受多期次构造运动影响构造煤普遍发育,构造煤孔隙大小分布尺度较广(毫米～纳米级),孔隙结构较为复杂。不同尺度的孔隙结构控制着煤层气的吸附-解吸(孔隙表面)、扩散(纳米级孔隙)与渗流(微米～毫米级孔隙)等过程,是影响煤层气储存与运移的重要因素。为研究构造煤不同尺度孔隙结构的分布特征与演化规律,在潞安矿区采集4种破坏类型煤样,利用压汞法、低温N_2吸附法及CO_2吸附法分别测试了煤样的孔隙分布特征,对比分析了各测试方法的优势孔径段,提出利用CO_2吸附法表征构造煤微孔(2 nm)、低温N_2吸附法表征介孔(2～50 nm)、压汞法表征大孔结构(50 nm)的孔隙结构多尺度联合表征方法。实验结果表明所采煤样的孔容和孔比表面积均主要分布在微孔阶段,在0. 6 nm左右时的孔隙孔容量和孔比表面积达到最大,其中微孔容占总孔容的70%以上,微孔孔比表面积占总孔比表面积的99%以上,煤中孔容和孔比表面积分布存在微孔大孔介孔的规律。分析构造煤孔隙特征与煤体破坏类型的关系,随煤破坏程度增加,孔容和孔比表面积逐渐增高,大孔孔容比及介孔孔容比逐渐增大,微孔孔容比逐渐减小;孔容增幅主要体现在大孔阶段,比表面积增幅则主要体现在微孔阶段。其中大孔演化主要受控于角砾孔、碎粒孔及摩擦孔等外生孔,介孔演化受控于煤的大分子堆叠结构及分子间距,微孔演化主要受控于煤中芳香层片大小及排列方式。     

高压注水对煤孔隙结构影响的试验研究

基于煤层孔隙结构是影响煤层气吸附及渗流的重要因素,为了揭示高压注水过程中煤孔隙结构的变化规律。采用核磁共振试验、渗透率试验及显微镜观测微裂隙方法,从微观上研究高压注水对煤孔隙结构的影响,为研究煤层气水力压裂技术提供微观层次的理论依据。通过核磁共振试验得知经高压注水后单位体积(1 cm~3)煤各孔隙类型孔隙体积都得到增大,其中中孔孔隙体积平均增大0.73×10~(-3)cm~3,增量最小;小孔孔隙体积平均增大8.79×10~(-3)cm~3,增量最大。通过光学显微镜观测得知高压注水有利于裂隙连通、产生新裂隙及增大裂隙宽度,从而使煤渗透率比高压注水前增大146%~560%。通过煤渗透率测试得知微孔和小孔主要起吸附及解吸作用,对煤的渗透性基本没有贡献,大孔对煤的渗透率贡献最大,是煤渗流及运移的主要通道,中孔次之。     

原生结构煤与构造煤孔隙结构与瓦斯扩散特性研究

为了研究原生结构煤与构造煤孔隙结构与瓦斯扩散特性,采用压汞、低温液氮、二氧化碳吸附和稳压吸附试验对试验煤样进行研究。分析了原生结构煤与构造煤的孔隙结构特征,以及在颗粒条件下吸附瓦斯的时间效应,获得原生结构煤与构造煤孔隙的复杂程度与瓦斯在煤粒中运移快慢的关系。研究表明:祁南矿和大宁矿原生结构煤的微孔孔长度分别为8.087×10~(10)m/g和1.202×10~(11)m/g,而构造煤的微孔孔长度分别为6.932×10~(10)m/g和1.090×10~(11)m/g;给定试验煤样条件下,原生结构煤吸附达到平衡状态需要的时间远大于构造煤,构造煤在前3 min的平均吸附速率分别为原生结构煤的3.3和3.8倍;煤样中的微孔孔长度越小,瓦斯在煤中的扩散路径越短,运移所需时间越少,在初期吸附的瓦斯量越大。     

基于CT技术的不同煤体结构煤的孔隙结构分析

为了有效地分析不同煤体结构煤中孔隙结构的变化特征,从实现精细化、无损化和定量化入手,应用μCT225kVFCB型高精度CT试验分析系统,分析了4类煤样(原生结构煤、碎裂煤、鳞片煤和糜棱煤)大孔级孔隙分布特征。通过显微CT切片,结合扫描电子显微镜图像,直观观测了不同煤体结构煤的孔隙类型和显微构造,分析了构造变形对煤孔隙结构的影响规律。结果表明:不同煤体结构煤孔隙直径一般小于5μm,但后期构造应力改变了煤的孔隙结构。与原生结构煤相比,碎裂煤阶段遭受脆性破裂,形成大量外生孔和微裂隙,面孔隙率和平均孔径最大;糜棱煤阶段发生塑性流变,糜棱质发育,充填孔隙,面孔隙率和平均孔径最小。     

我国煤岩储层孔—裂隙结构研究进展

煤储层是一种具有双重孔隙系统(孔隙—裂隙)的储集层,孔隙和裂隙的形态、结构等特征参数直接影响煤层气在煤储层中的储集和运移。主要对前人关于孔、裂隙的研究方法以及国内学者关于孔隙、裂隙的研究成果进行总结,较系统的展示我国目前关于煤储层孔、裂隙系统的研究现状。     

低场核磁共振技术在煤孔隙结构精准表征中的应用与展望

煤的孔隙结构对于瓦斯、水等流体的运移起关键作用,煤储层资源评估和致裂效果评价均有赖于高效的测孔技术.在众多的测孔技术中,低场核磁共振是近年来应用广泛的煤孔隙结构无损、快速、精准测试技术.该技术通过检测多孔介质中的饱和含氢流体(甲烷、水、油等)的核磁共振驰豫信号,反映孔隙结构及孔隙流体分布等信息.通过核磁共振弛豫谱分析可...     

煤的孔隙结构分形定量研究

煤是一种具有复杂孔隙结构的物质，难以用传统的欧几里德理论予以描述。分析用压汞法测出的煤中不同孔径段的比孔容资料，发现最小孔半径在６５￣８７ｎｍ的大孔和中孔具有分形特点，可以用分形维数定量表征煤的孔隙特征。分形维数能反映组成煤的煤岩组分的复杂程度和煤结构遭受破坏的严重程度。在煤的变质系列中，中变质程度烟煤的分形维数最大。     

改性夏威夷壳炭对废水中Cr(Ⅵ)的吸附行为研究

利用夏威夷壳和草酸钾制备改性夏威夷壳炭,采用SEM分析、SAP测定、FTIR及Raman光谱分析表征产物微观结构、孔结构、官能团及石墨化程度,通过吸附试验、动力学模拟及吸附等温线拟合,探究改性前后夏威夷壳炭对Cr(Ⅵ)的吸附规律。结果表明:(1)改性前夏威夷壳炭的表面孔隙结构相对较少、整体光滑;改性后夏威夷壳炭表面明显崎岖不平,粗糙度、孔隙增加。改性大幅提高了夏威夷壳炭的比表面积和孔容,降低了孔径,有利于提高夏威夷壳炭吸附性能。(2)改性前后夏威夷壳炭的结构仍保持相对完整,改性后夏威夷壳炭的峰强度比I_D/I_G增大,石墨化程度降低。(3)改性夏威夷壳炭对Cr(Ⅵ)的吸附率始终高于未改性夏威夷炭的;酸性条件有利于Cr(Ⅵ)的去除;Cr(Ⅵ)的吸附率随吸附剂用量和吸附时间的增加而升高,之后达到饱和;Cr(Ⅵ)的吸附率随溶液初始Cr(Ⅵ)浓度的增加而逐渐降低。(4)吸附动力学用准二级动力学模型描述和预测,夏威夷炭对Cr(Ⅵ)的等温吸附过程符合Langmuir方程,静电吸引和Cr(Ⅵ)的还原络合为主要吸附机制。     

超临界CO_(2)-H_(2)O流体对煤渗流孔隙结构的影响北大核心

深部煤层封存CO_(2)过程中超临界CO_(2)(SCCO_(2))对含水煤层渗流孔隙结构的改变很大程度上决定了CH_(4)的采收率;为此,基于SCCO_(2)地球化学反应装置,模拟了温度45℃、压力12 MPa下含水比例较低的SCCO_(2)-H_(2)O混合流体(质量比SCCO_(2)∶H_(2)O=10∶1)与不同煤阶煤(长焰煤、气煤和无烟煤)的相互作用;通过压汞法研究了煤渗流孔隙对SCCO_(2)-H_(2)O的响应,采用热力学分形模型探讨了SCCO_(2)-H_(2)O对渗流孔隙非均质性的影响。结果表明:SCCO_(2)-H_(2)O作用增加了所有煤样的孔隙度和孔体积,造成渗透率增加,但不同煤阶煤的渗流孔隙对SCCO_(2)-H_(2)O的响应表现出差异性;SCCO_(2)-H_(2)O作用后,长焰煤渗流孔体积显著增加,气煤中孔含量明显增大,无烟煤中-大孔体积略微升高;煤样渗流孔体积的增加可归因于矿物的化学反应和溶解迁移、水分的散失和吸附溶胀,其中矿物含量及其分布很大程度上决定了流体作用后不同煤阶煤渗流孔隙结构的变化特征;SCCO_(2)-H_(2)O作用降低了渗流孔隙的非均质性,造成孔隙结构趋于简单,孔隙连通性增强,渗透性提升。     

煤制备新型先进炭材料的应用研究

煤是一种储量丰富且价格低廉的工业原料,富含大稠环有机化合物,含碳量高,可能成为先进炭素材料的重要碳源。在分析煤的成分结构基础上,提出煤可用来制备先进炭素材料。煤的含碳量高,具有丰富多孔结构,采用破碎加工可直接用做助滤材料。煤作为炭源物质,采用高温炭化处理,可制备活性炭;添加金属催化剂,采用电弧放电等方法,煤可制备富勒烯碳、纳米碳管等纳米炭;高碳煤可以用来制备炭石墨电极,也可进行化学热解,制备石墨烯。以煤和煤系物作为主要原料,经过发泡、炭化处理,可制备泡沫炭;作为基体前驱体,煤可制备炭质复合材料等。煤不仅能用做燃料,也能制备高附加值的先进炭素材料。     

新景矿3号煤层不同煤体结构煤孔裂隙的扫描电镜研究

采用扫描电镜对新景矿3号煤层不同煤体结构煤的微孔裂隙进行了观测和分析。结果表明,不同煤体结构煤中微孔裂隙发育特征不同,随着煤体结构破坏程度加剧,煤由脆性变形转化为韧性变形,煤中裂隙性质亦由剪性裂隙向张性裂隙发育过渡,煤中孔隙类型由原生孔和变质孔向外生孔发育过渡;煤中孔裂隙常见粒状、片状碎屑物质附着于表面和充填于煤孔裂隙中,裂隙的渗透性和孔隙的连通性均较差。     

贫煤孔隙特征及其对瓦斯解吸的影响

为了研究贫煤孔结构特征对瓦斯解吸规律的影响,采用低温液氮吸附法针对5个贫煤煤样的纳米级(100nm)孔隙结构进行了分析。同时根据瓦斯解吸实验,将实验结果与煤的孔隙结构特征相结合,分析纳米级孔隙结构对煤体瓦斯解吸的影响。结果表明:贫煤的小孔(10~100nm)和微孔(10nm)发育,微孔主要占据了孔隙的比表面积,决定瓦斯解吸特性,在相同平衡压力条件下,瓦斯解吸量随比表面积的增加而增加,呈现出较好的线性关系;孔比表面积是影响解吸量的主要因素,而孔容与瓦斯解吸量的关系不明显。研究结果对煤矿瓦斯涌出量预测具有重要意义。     

突出孔洞构造煤与原生结构煤瓦斯吸附特性对比研究

为研究突出孔洞构造煤与原生结构煤孔隙特征对瓦斯吸附特性的影响,以三甲煤矿突出孔洞构造煤和原生结构煤为研究对象,运用压汞和液氮吸附实验相结合的方法对不同结构煤体孔隙结构进行研究;结合Menger几何模型分析不同结构煤体孔隙分形特征,进一步阐述孔隙结构分形特征对瓦斯吸附特征的影响。结果表明:原生结构煤与突出孔洞构造煤均存在滞后环,且突出孔洞构造煤的滞后环明显大于原生结构煤的滞后环;突出孔洞构造煤分形维数大于原生结构煤,突出孔洞构造煤孔隙复杂程度比原生结构煤高,突出孔洞构造煤孔隙复杂程度为瓦斯的吸附准备了良好条件;突出孔洞构造煤整体孔隙发育情况比原生结构煤要好,微孔、小孔阶段孔隙发育情况远大于原生结构煤。