含液态水情况下碳纳米管吸附煤层气的分子动力学研究

本文采用分子动力学方法模拟研究液态水对甲烷、氮气、二氧化碳等煤层气中不同组分在煤层表面吸附性质的影响。结果表明:不含液态水时,煤层组分在碳纳米管表面的吸附能从大到小依次为CO2>CH4>N2;当含液态水时,煤层组分的吸附能大小顺序变为N2>CH4>CO2>H2O。模拟中还发现,液态水存在时,碳纳米管表面首先吸附很薄一层甲烷分子,再吸附一层聚成水膜或水滴的水分子团,为剩余气体提供大量吸附位。加入氮气比加入二氧化碳更易导致碳纳米管对甲烷的吸附能降低;注入氮气和二氧化碳的混合气时,置换甲烷效果更好。