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天然气水合物成核笼子吸附假说

  天然气水合物成核笼吸附假说

  天然气水合物对能源,环境,油气运输和地质灾害防治等领域的人类生存和发展具有重要意义。人们在这个研究领域普遍关心的基本问题之一是“水合物是怎样形成的?这个问题的关键在于甲烷分子(天然气的主要组分)在液态水中的低溶解度,但是在形成水合物之后,甲烷的溶解度增加了100倍以上。而且,甲烷和水分子之间没有化学键。同时,这种化学反应具有“记忆效应” - 已经历过水合物历史的甲烷 - 水体系比从未经历过水合物历史的甲烷 - 水体系更快地合成水合物。目前,这个问题的探索和研究还在进行中。为了回答这个问题,显然需要深入理解水合物在分子水平上成核和生长的机理。
中国科学院地质与地球物理研究所深部地球结构与过程实验室“分子动力学研究组”郭光军研究员等人近日在这个问题上又向前迈进了一步。他们进行了约束型分子动力学模拟,并在液态水环境中首次获得了五边形十二面体笼与溶解甲烷之间的平均势能曲线(如图所示),表明存在强吸附在笼子和甲烷之间。这种吸附与笼子中的客体分子无关。即使空的笼子也能吸附甲烷。吸附强度与水分子的氢键强度相当。最强的吸附是在笼中心和五角形之间的脸心连接。这种笼 - 甲烷吸附可以解释为甲烷分子之间破坏性的水 - 湿相互作用的特殊情况,最有可能是控制水合物形成的内在驱动力。基于这些发现,作者提出了一种新的水合物成核假说 - 笼吸附假说比国际知名的簇合结合假说(Sloan等,1998)和局部结构假说(Trout等,2002)更合理,其结果最近发表在“物理化学化学物理”(Guo等,为什么水笼能吸附含水甲烷?一种潜在的平均力计算对水合物成核机理。物理化学化学物理,2009,11:10427-10437 )。 (来源:中国科学院地质与地球物理研究所)

  关键词:天然气

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