表面活性劑對甲烷水合物形成過程的影響：從宏觀到微觀尺度
文章來源：孫既粵 | 發布時間：2023-07-11 | 【打印】 【關閉】
天然氣水合物的熱力學研究關注水合物賦存的溫度、壓力等環境參數，而動力學研究主要關注水合物形成及分解速率的影響因素，相關的應用基礎研究可為天然氣水合物的開采、儲運提供基礎數據和理論支持。
近期，深海極端環境模擬研究室應用大體積藍寶石反應釜與熔融毛細硅管實驗平臺，結合拉曼光譜手段開展了甲烷水合物的熱力學及動力學研究。研究發現，表面活性劑（CTAB）不會改變甲烷水合物的相平衡條件（圖1）。在微觀尺度（毛細硅管），CTAB對甲烷水合物的生長速率無明顯影響；而宏觀尺度（藍寶石反應釜）的實驗過程表現出了不同的特征。水合物形成初期，其生長過程與微觀實驗過程相似，CTAB無明顯影響；隨著大量水合物的形成，氣體傳質受阻，CTAB會明顯提升水合物的生長速率。對比實驗的結果揭示了表面活性劑的作用機理，即通過降低表面張力，增大氣液固接觸面積，從而提高水合物的生長速率。
圖1 甲烷水合物在純水與表面活性劑溶液中的相平衡條件
圖2 甲烷水合物階段生長模式
結合微觀與宏觀尺度的實驗結果，該研究總結出兩階段水合物生長模式，第一階段為顆粒分散生長過程；第二階段為顆粒聚集生長過程（圖2）。研究論文“Thermodynamic and Kinetic Study of Methane Hydrate Formation in Surfactant Solutions: From Macroscale to Microscale”發表于國際學術期刊《Energy》，博士研究生孫既粵為論文的第一作者，蔣磊研究員為通訊作者。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360544223017504
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