高低温环境下的煤瓦斯吸附特性与热力学分析

"该研究探讨了在高低温环境下煤对瓦斯的吸附行为及其热力学特性。通过对3种不同变质程度煤的瓦斯吸附等温线的测定，利用Sips模型进行拟合，揭示了温度变化对煤吸附瓦斯的影响。研究表明，随着环境温度下降，煤表面的吸附不均一性增加，吸附过程为放热，并且随着温度降低，吸附焓变线性减小。此外，吸附自由能为负，显示吸附过程是自发的，而熵变的增加表明低温环境下瓦斯吸附更易发生，吸附量也会增大。" 在这项研究中，作者岳基伟、岳高伟和谢策通过实验测量了三种不同变质程度煤在高低温条件下的瓦斯吸附等温线，这些数据有助于理解煤层气储集和释放的机制。他们采用Sips模型来描述这种吸附行为，这是一种广义的吸附模型，能够更好地反映复杂吸附系统的非理想性。 研究发现，随着环境温度的降低，煤表面的吸附均一性参数γ值线性减小，这意味着吸附变得不均匀，这可能是由于低温下煤的孔隙结构和表面活性位点的变化导致的。吸附焓变ΔH为负值，这表明瓦斯吸附是一个放热过程，且随着温度降低，放热量减少，这与吸附过程中分子间的相互作用和能量转移有关。 进一步，通过计算吸附自由能ΔG，发现其为负值，这表明甲烷在煤表面的吸附是自发进行的，符合热力学第二定律。这意味着在自然条件下，瓦斯倾向于向煤层内部移动并被吸附。此外，随着温度下降，熵变ΔS增大，意味着系统的无序度增加，从而促进吸附过程，使得瓦斯在低温下更容易被煤吸附，吸附量相应增加。 这些发现对于煤矿的安全管理和瓦斯防治具有重要意义。了解煤在不同温度下的瓦斯吸附特性，可以优化瓦斯抽采策略，提高煤矿安全生产水平，同时也有助于开发更有效的瓦斯储存和利用技术。研究还指出，在0℃(273.15 K)时，不同变质程度煤的焓变—温度线相交，这可能是一个关键的热力学转折点，值得进一步研究。 这项工作提供了关于煤层瓦斯吸附的深入热力学分析，对于理解和预测煤炭储气行为，以及制定有效的瓦斯控制措施具有重要的理论和实践价值。