煤样瓦斯吸附热力学特性：粒径与温度影响

"李晓疆，蔚文斌，贾永勇，等．不同粒径下煤样瓦斯吸附热力学特性影响实验研究［J］．矿业安全与环保，2017，44(6):25－30．文章编号:1008－4495(2017)06－0025－06" 本文主要探讨了不同粒径和温度条件下煤样对瓦斯的吸附热力学特性。研究者选取了典型矿井的煤样，进行了不同粒径和温度下的瓦斯等温吸附实验。在实验过程中，他们利用Clausius-Clapeyron方程来计算煤样在等量吸附时的热量变化，即等量吸附热。同时，通过Langmuir方程构建了包含标准平衡压力常数的瓦斯吸附自由能方程，以此来评估吸附自由能。此外，还运用Gibb-Helmholtz方程计算了各煤样的吸附熵。 实验结果显示，无论粒径如何变化，煤体瓦斯吸附过程都能用Langmuir方程进行有效描述。煤样的等量吸附热、吸附自由能以及吸附熵都在负值范围内，表明吸附过程是放热的。具体来说，等量吸附热的范围为-14.19到-22.27 kJ/mol，吸附自由能的范围为-4.83到-6.72 kJ/mol，而吸附熵的范围则为-28.20到-51.32 J/(mol·K)。这些数值的变化趋势显示，随着煤样粒径的增大，这些参数值也相应增加；反之，当温度升高时，吸附自由能和吸附熵则会逐渐降低。 这些发现揭示了煤体瓦斯吸附过程的特性：它是一个放热的过程（因为等量吸附热为负），同时是自发进行的（吸附自由能为负），并且伴随着系统熵的减少（吸附熵也为负）。这表明，在不同的粒径和温度条件下，瓦斯在煤体上的吸附是一个物理吸附过程，而且这一过程受到煤样粒径和环境温度的显著影响。 该研究对于理解煤矿瓦斯灾害的预防和控制具有重要意义，因为了解瓦斯吸附的热力学特性有助于优化矿井通风策略，提高煤矿安全生产水平。同时，对于煤炭储存和运输过程中的瓦斯管理，这些数据也有着实际的指导价值。