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不同种类促进剂作用下CO2水合物生成特性实验研究

摘要

随着经济飞速发展，化石能源消耗加剧，环境问题日益恶化，“双碳”战略的推进，

利用节能减排和清洁能源的开发降低碳排放量已成必然趋势。由于现有能源结构的限制，

清洁能源在短时间内无法替代传统能源，因此CO2减排的侧重点在于发展二氧化碳捕集

与封存技术（CCS）。CO2水合物具有特殊的理化性质且储气密度大等优势，在CO2捕集

封存、海水淡化等领域存在十分广阔的应用前景。然而CO2水合物生成过程中存在相平

衡条件苛刻，水合物生成速率缓慢等问题。化学添加剂法是改善上述问题的有效手段。

因此研究分析各类型促进剂对CO2水合物生成特性的影响具有重要意义。基于此，本文

研究了纳米粒子、生物促进剂鼠李糖脂（Rha）以及热力学促进剂四氢呋喃（THF）+动

力学促进剂十二烷基硫酸钠（SDS）对CO2水合物生成过程的作用机理。

本文搭建了CO2水合物生成可视化的实验台。将生成过程中的温度和压力变化、动

态气体吸收量、生成速率变化以及最终气体消耗量和诱导时间等参数作为评价指标。研

究了纳米粒子对CO2水合物生成的影响，阐明了纳米粒子促进CO2水合物生成规律；探

明了鼠李糖脂对CO2水合物生成的作用机理，获得了不同浓度以及过冷度下CO2水合

物的生长规律。最后针对THF+SDS进行了CO2水合物的生成研究，揭示了浓度变化对

CO2水合物生成的促进机制，证实了实验温度变化会影响水合物的生成过程。

结果表明，与纯水相比，石墨纳米流体中CO2水合物生成过程中的诱导时间缩短了

277.5min，耗气量增加了2.17mmol/mol，相同条件下纳米流体对水合物的生成影响存

在着一个最佳浓度。鼠李糖脂溶液中CO2水合物生成过程中的诱导时间缩短了260min，

气体最终消耗量增加了4.46mmol/mol。初始温度升高（过冷度降低）会阻碍CO2水合

物的生成，增大压力（过冷度升高）缩短诱导时间的同时也降低了水合物生成量。7.56

mol%THF+160ppmSDS这一溶液体系中耗气量达到最大值22.01mmol/mol。在较高浓

度的溶液体系中有着较大的生成速率，并存在着二次生成现象。加入SDS后，耗气量提

升了近两倍，生成速率得到了改善，但诱导时间增加。实验温度越低，过冷度越大，水

合物生成速率越快。本文所得研究结果将对CO2水合快速生成以及后续CO2水合物技

术的发展提供理论指导和数据支撑。

关键词：CO2水合物；纳米粒子；鼠李糖脂；四氢呋喃；动力学

不同种类促进剂作用下CO2水合物生成特性实验研究

Abstract

Withtherapiddevelopmentoftheeconomy,theintensificationoffossilenergy

consumption,thedeteriorationofenvironmentalproblems,andtheimplementationofthe“dual

carbon”strategy,theutilizationofenergyconservation,emissionreductionandthecleanenergy

developmenthasbecomeaninevitabletrend.Traditionalenergycannotbereplacedbyclean

energysourcesinashortperiodoftimeduetothelimitationsoftheexistingenergystructure.

Thus,thefocusofCOemissionreductionisthedevelopmentofcarbondioxidecaptureand

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storage(CCS)technology.BecauseCOhydratehasabroadapplicationpros