煤炭学报

作者：柳先锋, 李闯, 聂百胜, 贾雪祺, 李嘉良, 韩涵, 何承毅, 祁林凡, 何学秋,

关键词：原位同步辐射小角X射线散射, 气体吸附, 纳米孔隙, 巨正则蒙特卡罗, 相互作用能,

纳米孔隙是煤中气体的主要吸附位点，直接影响煤中气体吸附、解吸和扩散能力。本文利用自行研制的基于小角X射线散射技术(SAXS)的气体高压吸附解吸装置和同步辐射小角X射线散射实验站，探究不同气体种类(CH4、CO2、N2)及气体压力对吸附过程煤体纳米孔隙变化特征的影响。使用Materials Studio软件采用巨正则蒙特卡罗模拟方法，使用Sorption模块进行3种气体的吸附模拟，设置0.5、1.0、2.0、3.0、5.0 nm 5种狭缝孔隙尺寸的吸附体系，进一步探究纳米孔隙、吸附压力、吸附气体种类和相互作用能之间的内在联系，揭示气体吸附过程肥煤纳米孔隙原位变形机理。研究表明：在1.0 MPa的吸附压力作用下，煤体吸附CH4、CO2和N2 3种气体时，煤体孔隙率最大值依次为19.57%、20.24%、19.37%，煤体比表面积最大值依次为9.83、10.53、8.84 m2/g，吸附CO2气体时对煤体孔隙率及比表面积影响最大。探究煤体吸附CH4气体时，气体吸附压力与煤体的孔隙率和比表面积呈正相关。伴随煤纳米孔隙的增加，削弱了煤大分子与气体分子间的相互作用力，相互作用能呈现减小趋势；且在2 nm的同一纳米孔隙尺寸的吸附模拟体系中，CO2气体与煤大分子间的相互作用能明显大于CH4和N2，且3种气体分子的吸附势能由高到低依次为：CO2 > CH4 > N2，进一步揭示了相互作用能与纳米孔隙变形的内在关系。

来源：2025年第9期

《煤炭学报》期刊编辑部

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