煤炭学报

作者：石钰, 阳梦, 李树刚, 薛俊华, 赵鹏翔, 马玉华,

关键词：纳米颗粒, 表面活性剂, 煤体润湿性, 吸附/解吸, 扩散, 分子动力学,

基于巨正则系综蒙特卡洛(GCMC)和分子动力学(MD)方法，构建了固(煤)−气(CH4)−液(表面活性剂)三相作用的体系模型，从吸附构型、吸附量、相互作用能、相对浓度分布和扩散系数等方面，探讨了纳米颗粒分别复合阳离子表面活性剂CTAB、阴离子表面活性剂SDBS和非离子表面活性剂VAEO8对CH4吸附/解吸及扩散的影响规律。结果表明：表面活性剂和纳米颗粒在润湿效应及静电力作用下渗吸进入孔隙中占据煤表面CH4的吸附位点，造成煤基质处CH4相对浓度降低，而孔隙中游离态CH4增多。无纳米颗粒时，阴离子表面活性剂SDBS增强煤体亲水性，促进CH4解吸效果最好；而阳离子表面活性剂CTAB和非离子表面活性剂VAEO8增强煤体疏水性，导致CH4解吸能力变弱。纳米颗粒和表面活性剂具有协同降低固−液界面张力的作用，纳米颗粒复合表面活性剂促进CH4的解吸效果优于无纳米颗粒时相应的表面活性剂促进CH4的解吸效果。加入纳米颗粒后，煤体系中静电力及相互作用能均升高。原煤体系中CH4扩散系数 > 表面活性剂煤体系中CH4扩散系数 > 纳米颗粒复合表面活性剂煤体系中CH4扩散系数。从微观角度阐明了纳米颗粒复合不同类型表面活性剂对煤中CH4吸附和扩散的影响机制，研究为优化压裂液体系提高煤层气采收率提供了一定的理论依据。

来源：2023年第8期

《煤炭学报》期刊编辑部

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