煤炭学报

作者：张宇杰, 郭红光, 李治刚, 梁卫国,

关键词：微生物增产煤层气, 超临界CO2萃取, 褐煤, 生物可利用有机物, 孔隙结构,

超临界CO2（ScCO2）萃取可以减弱煤中有机物的分子间作用力，破坏非共价键，使小分子化合物从煤的大分子结构中脱离。因此，将ScCO2萃取作为一种预处理手段来提高煤的生物可利用度，具有增产生物煤层气的潜能。以褐煤为研究对象，开展不同温压下ScCO2萃取及生物降解产甲烷实验，明确萃余煤与萃取物的产甲烷效果、ScCO2对褐煤的萃取能力及萃取物组成；通过与非超临界CO2处理比较，结合萃余煤的二氯甲烷（DCM）二次萃取、低温液氮吸附实验，分析ScCO2萃取增产生物煤层气的机理。结果显示，不同温压条件下的萃余煤生物甲烷产量均高于原煤，最佳产气的萃取条件为40 ℃-10 MPa，每克煤的最大甲烷产量为245.46 μmol，高出原煤84.68%。萃取物含有微生物可利用有机物，厌氧降解实验证实了萃取物具有产甲烷能力。因此，ScCO2萃取能够促进褐煤的微生物降解、提高生物甲烷产量。此外，非超临界CO2处理后的残煤甲烷产量显著低于ScCO2萃余煤，说明温压并不是刺激生物甲烷产生的主要因素，而ScCO2对有机物的萃取作用是其关键。然而，ScCO2的萃取率较低且DCM二次萃取后仍检测到丰富的生物可利用的有机物，表明有机成分经ScCO2作用后仍大量残留于煤体。低温液氮吸附结果显示，萃余煤的总孔容和比表面积降低，孔隙结构分布发生变化，说明萃取物经ScCO2携带发生运移、吸附，导致大部分有机物残留于煤中。以上研究结果表明，ScCO2萃取作用于煤中有机组分，导致部分有机物与煤体分离；而大量生物可利用有机物在煤体中发生运移、重排，提高了残煤的生物有效性，从而提高生物甲烷产量。

来源：2021年第10期

《煤炭学报》期刊编辑部

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