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高压中子衍射谱仪在可燃冰研究上初见成效

作者: 来源: 访问: 时间:2017-6-21

  20174月,中科院物理所与中物院中子物理学重点实验室合作,完成高压低温水合物合成与表征实验系统的搭建调试,并在高压中子衍射谱仪(凤凰)上完成了首轮测试。研究结果表明团队成功合成了稳定的CH4?nH2O甲烷水合物,同时该团队还对可燃冰的动力学稳定性进行研究。这标志着重点实验室成为世界上少数具备可燃冰水合物研究条件的实验室之一。

  天然气笼型水合物(Clathrate Hydrate),也称可燃冰,是在一定的温度、压力条件下由水(冰)和气体分子反应生成的类冰的、非化学计量的、具有笼状结构的固态化合物,是通过将气体分子包络在由水分子中范德瓦尔斯力所形成的H2O笼形内,具有稳定晶体结构的化合物。天然气笼型水合物作为一种新型清洁能源,在海底以及冻土层具有巨大的储量,是未来解决人类社会能源危机的一个极具应用前景的选项。虽然可燃冰蕴藏丰富,但是其能源矿层处在一种十分敏感的温压平衡状态,地质及气候扰动(如减压或升温)都会使其分解为气体和水,甚至会带来灾难性的后果。另外,其独特的形成和高压-低温存储条件,使得可燃冰的开采、储存及利用等生产实践活动的开展极具挑战性,前期需要进行大量的基础科学问题研究。

  

  对可燃冰的研究要求非常苛刻,需要搭建高压低温水合物合成与表征实验系统。首先要建立高压气、水反应系统,该系统具有气体的充、放和封存功能,整个系统需要放入低温系统,并进行中子衍射原位表征。最近,我们与中科院物理所于晓辉研究员联合开展了可燃冰相关实验。利用高压中子衍射谱仪(HPDC)搭建的相关设备,在低温高压的极端条件下对D2O与甲烷气体进行反应。中子衍射实验结果表明,我们成功合成了稳定的CH4?nH2O甲烷水合物。另外,通过对水合物体系中充入惰性气体,经过惰性气体与CH4分子的动力学交换对甲烷水合物的动力学稳定性进行了研究。

  

   

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文章录入:余泳 责任编辑:余泳
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