【材料】将冰活化以储存和分离气体- 大数跨境

X-MOL资讯

2023-12-31

导读：近日，中国石油大学（北京）陈光进团队利用活化后的冰实现了气体水合物的快速生成。

气体水合物是小分子气体和水在低温高压下形成的冰状固体，例如，天然气水合物（可燃冰）即是天然气和水形成的气体水合物。气体水合物不仅是一种重要的潜在能源，由于具有特殊的物理化学性质，它还可被用于气体储运、气体分离、海水淡化、蓄冷等工业领域。但是，过慢的水合物生成速率限制了水合物在上述领域中的实际应用。近日，中国石油大学（北京）陈光进团队利用活化后的冰实现了气体水合物的快速生成。

气体水合物的生成过程中，气液界面生成的水合物膜会阻碍传质，抑制水合物的后续生成。一些物理方法通过增大气液接触面积来加快水合物前期生成速率，但无法扭转水合物膜的阻隔作用导致的后继转化乏力的问题。而一些化学添加剂虽然表现出了良好的水合物生成促进效果，但存在水合物生成形态不可控、分解起泡等问题，尤其重要的是，即便使用目前效果最好的化学添加剂，水合物生成耗时仍长达半小时左右，且存在较强的放大效应强和热量释放，难以满足工业生产需求。

中国石油大学（北京）制作的“活性冰”解决了上述水合物生成问题。通过在稍低于冰点的温度下将化学添加剂负载到多孔的冰颗粒上，使冰颗粒表面形成一层未被冻结的添加剂水溶液，这层水溶液的存在避免了直接使用冰颗粒时水合物生成难以启动的问题，使冰颗粒在一定的温度范围内表现出被活化的状态。基于冰融化-水合物生成放热-冰融化这一循环过程，水合物生成耗时可缩短至3-5分钟，且水转化率可达到85%以上，解决了水合物生成缓慢的根本问题。

图1. 活性冰中水合物快速生成机理

由于活性冰颗粒相较于水溶液具有更大的比表面积和良好的非连续性，水合物在活性冰中生成时可以避免形态不可控和放大效应的问题。活性冰耐存储且循环使用性好，且可使用天然雪制作，成本低廉。基于这些性质，使用活性冰生成水合物避免了水合物生成的诸多问题，为水合物法气体储运和气体分离等工业应用的实现提供了新的思路。

图2. 活性冰的循环使用效果（左）、水合物生成形态（中）以及使用天然雪制作的活性冰的水合物生成效果（右）

这一成果近期发表在Nature Communications 上，文章的第一作者是中国石油大学（北京）教师肖朋。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Enhanced formation of methane hydrate from active ice with high gas uptake

Peng Xiao, Juan-Juan Li, Wan Chen, Wei-Xin Pang, Xiao-Wan Peng, Yan Xie, Xiao-Hui Wang, Chun Deng, Chang-Yu Sun, Bei Liu, Yu-Jie Zhu, Yun-Lei Peng, Praveen Linga & Guang-Jin Chen

Nat. Commun., 2023, 14, 8068. DOI: 10.1038/s41467-023-43487-6

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