贺仲金等-中国地质大学(武汉)-沉积物狭缝纳米孔中天然气水合物形成的分子模拟研究

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Session 5 - Oral 15

沉积物狭缝纳米孔中天然气水合物形成的分子模拟研究

贺仲金a,b,宁伏龙a,b*

a中国地质大学(武汉)工程学院,湖北武汉,430074

b科技部地球深部钻探与深地资源开发国际联合研究中心,湖北武汉,430074

摘要:本文采用分子动力学模拟的方法,研究在具有不同接触表面和不同层间距的高岭石狭缝纳米孔中甲烷水合物的形成过程。模拟结果表明,高岭石的硅氧烷表面和氢氧化铝表面亲疏水性不同,显著地影响界面水和甲烷分子的分布,进而影响水相甲烷浓度,并最终影响水合物的成核和生长。硅氧烷表面相对疏水,对界面水的吸附较弱,而对甲烷分子的吸附较强,因此,甲烷分子快速地吸附到硅氧烷的表面形成许多微小气泡,从而降低了体系中水相甲烷浓度。而氢氧化铝表面具有很强的亲水性,对界面水的吸附非常强,以至整个表面被界面水所覆盖,从而几乎没有甲烷分子可以突破这层界面水与表面接触。甲烷水合物是在孔隙中部成核,然后慢慢地向高岭石粘土表面生长。分析水合物固体与高岭石粘土表面的接触模式,发现在两种表面上可以形成水合物半笼状和完整的笼状结构。高岭石粘土的两种表面具有不同的表面性质,因而,对水合物界面笼结构的数量和稳定性的影响有较大差异,在硅氧烷表面上的水合物半笼子和完整的笼子数目较多,而与氢氧化铝表面作用的笼子数目较少。该模拟研究可为有效开发海洋天然气水合物资源提供参考。

关键词:天然气水合物,海底沉积物,高岭石粘土,形成过程,分子模拟


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