硫化氫水合物的形成特征及熱力學(xué)穩(wěn)定性研究獲進(jìn)展

相比于甲烷水合物，硫化氫水合物熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)方面的基礎(chǔ)研究較為缺乏，而自然界的天然氣水合物往往是多種氣體的混合物（如含有硫化氫、二氧化碳），相關(guān)基礎(chǔ)研究與環(huán)境、能源問(wèn)題密切相關(guān)。針對(duì)硫化氫水合物的微觀特征及熱力學(xué)穩(wěn)定性問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所深海極端模擬實(shí)驗(yàn)室蔣磊團(tuán)隊(duì)采用熔融毛細(xì)硅管原位觀測(cè)和激光拉曼光譜技術(shù)相結(jié)合的方法，完成了兩項(xiàng)研究工作。

過(guò)冷度對(duì)微孔隙內(nèi)水合物的形成特征有較大影響，高過(guò)冷條件下毛細(xì)硅管中水-氣彎液面會(huì)先形成水合物光環(huán)，并向兩側(cè)生長(zhǎng)，水合物以肉眼不可見的微晶、纖維狀和針狀晶體形態(tài)為主；中等過(guò)冷條件下水合物晶體以柱狀多面體和骨架晶體為主，水合物的轉(zhuǎn)化率低于高過(guò)冷條件；低過(guò)冷條件下水合物以塊狀多面體形態(tài)為主，包括立方體和八面體。該研究首次發(fā)現(xiàn)微孔隙內(nèi)水合物能夠以“橋接”方式連接。相關(guān)成果以Crystallization Behavior of the Hydrogen Sulfide Hydrate Formed in Microcapillaries為題，發(fā)表在ACS Omega上（DOI：10.1021/acsomega.1c01051）。

空心水合物“橋接”現(xiàn)象

研究團(tuán)隊(duì)測(cè)量了H2S水合物在多種電解質(zhì)溶液中的分解條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電解質(zhì)濃度與抑制效應(yīng)呈正相關(guān)；相同濃度條件下，MgCl2具有最強(qiáng)的抑制效果。在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，該研究建立了相關(guān)的熱力學(xué)模型，準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出H2S水合物在不同電解質(zhì)溶液中的分解條件，并給出了相應(yīng)的分解焓。在機(jī)理分析方面，科研人員運(yùn)用拉曼光譜手段，揭示了電解質(zhì)通過(guò)改變?nèi)芤褐袣滏I強(qiáng)度來(lái)影響水的活度從而影響水合物的相平衡條件。相關(guān)工作以Experimental measurement and thermodynamic modeling of dissociation conditions of hydrogen sulfide hydrate in the presence of electrolyte solutions為題，發(fā)表在Chemical Engineering Journal（DOI：10.1016/j.cej.2021.133821）上。

實(shí)驗(yàn)方法示意圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與水合物熱力學(xué)模型對(duì)比結(jié)果

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所