无烟煤厌氧代谢产物对其纳米孔隙的影响

作者：张攀攀; 郭红光^*; 段凯鑫; 陈超; 梁卫国

来源：煤炭学报, 2020, 45(11): 3841-3852.

DOI：10.13225/j.cnki.jccs.2019.1263

• 生物成因煤层气
• 厌氧降解
• 纳米孔隙
• 可溶有机质
• 无烟煤

为研究厌氧代谢产物对煤纳米孔隙发育的影响,选用山西沁水盆地寺河矿无烟煤作为底物,以寺河矿煤层气井产出水中富集并驯化获得的原位真菌与产甲烷菌混合菌群为菌源,开展微生物厌氧降解煤产甲烷实验。通过额外添加2-溴乙烷磺酸钠(BES)抑制生物甲烷生成,促进煤生物厌氧降解代谢产物的积累;利用低温氮气吸附、有机溶剂萃取、气质联用(GC/MS)等方法,分析微生物降解作用下的煤孔隙结构和有机物组成变化规律。研究发现,微生物厌氧降解后,残煤总孔容与比表面积降低,孔隙分形维数D1(<2 nm)和D2(2～10 nm)增大。说明生物降解导致煤孔隙发育降低,孔隙表面粗糙程度和孔隙结构复杂程度增加。添加BES增强了微生物厌氧降解对煤孔隙的作用。同时,微生物厌氧降解后煤中可溶有机组成及含量发生显著变化,降解残煤中芳香族含氧衍生物和杂环有机物含量明显增加。添加BES促进更多新产生的可溶有机质滞留于煤中,尤其是芳香族含氧衍生物中的对甲酚。此外,煤中芳香族含氧衍生物含量与煤的总孔容和比表面积具有显著负相关性,而与煤孔隙分形维数D1和D2具有显著正相关性。以上研究结果表明,厌氧代谢产物在微生物降解对煤孔隙影响中发挥重要作用;微生物代谢产生的可溶有机质,尤其是芳香族含氧衍生物在煤中的滞留积累是微生物厌氧降解影响煤孔隙发育的主要途径。

• 单位
  太原理工大学