小分子有机物对CH4和CO2吸附动力学行为的影响研究

王凯; 林双双; 赵伟

doi:10.19606/j.cnki.jmst.2025106

矿业科学学报 ›› 2025, Vol. 10 ›› Issue (05) : 808 -820+1029. DOI: 10.19606/j.cnki.jmst.2025106

小分子有机物对CH₄和CO₂吸附动力学行为的影响研究

王凯 , 林双双 , 赵伟

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摘要

煤的复杂孔隙结构和有机质组成显著影响瓦斯的储运特性，但目前针对可溶性有机质的作用机制仍缺乏深入研究。以四氢呋喃-2-醇（C₄H₈O₂）为代表，通过量子化学模拟探讨小分子有机物对煤吸附CH₄和CO₂的影响，并计算确定了单个分子的静态电位，详细分析了吸附过程的吸附热、均方位移和径向分布函数以及吸附能量分布。结果表明：煤对CO₂的吸附能力总是高于CH₄;小分子有机物显著降低了煤的气体吸附量和吸附热，减弱杂原子与吸附质分子的相互作用，并且对CO₂吸附影响较大，从而大幅度减弱CO₂与煤分子之间的相互作用，以及CO₂对甲烷的驱替作用；在6 MPa时，煤对CO₂吸附影响最小。研究结果有助于深入理解煤层甲烷的赋存机理，为优化预抽瓦斯技术提供理论支撑，助力煤矿安全与高效生产。