H2O与CH4在煤表面的竞争吸附机制

简介：
本研究探讨了水分子(H2O)和甲烷(CH4)在煤表面的竞争吸附过程及其机理，分析两者对煤孔隙的占领情况及影响因素。 为了从微观层面探讨H2O与CH4在煤表面的竞争吸附机理，研究构建了由9个苯环组成的C30H14模型来代表煤的局部表面，并通过密度泛函理论分析了甲烷分子、水分子和煤局部表面之间的相互作用。结果显示，在相同的条件下，水分子比甲烷分子更稳定地吸附在煤表面上；它们各自处于最稳定的吸附构型时，对应的吸附能分别为-13.23 kJ/mol 和 -10.13 kJ/mol。当甲烷分子与已存在于煤表面的水分子相互作用时，甲烷分子的吸附能量显著降低，并且其最佳吸附距离也有所增加，这表明水分子可以将甲烷驱赶到不稳定的位置上。在水和甲烷共存的情况下，系统处于最低总能量状态时表现为：水以吸附态存在而甲烷则脱离了表面。这些结果从分子层面证明了，在竞争性吸附过程中，水占据了主导地位。