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基于探针气体吸附等温线的矿物材料表征技术:Ⅲ.表面能量非均质性 总被引：2，自引：0，他引：2
表面能量非均质性是影响固体材料表界面行为的重要属性,基于低温气体吸附等温线的分子探针方法是目前得到广泛认可的定量表征该属性的技术。本文详细介绍了这一技术的三种常用计算方法:规则化方法、密度泛函理论及微分等温线加和(DIS)法。作为应用实例,使用规则化方法和DIS方法对合成的Schwertmanite样品进行了表征,发现其表面存在三种不同的能量区域。研究结果表明,规则化方法适用于各种不同的样品,但只能给出吸附能曲线而不能精确表征表面能量区域;函数方法虽然比较精确,但表征值不能处理复杂表面;DIS方法虽能精确表征,但计算却较为繁琐。三种方法可互相补充。 相似文献
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基于吸附等温线的表面分形研究及其地球科学应用 总被引：4，自引：0，他引：4
矿物岩石的表面微形貌和孔隙结构是影响其地球化学行为的关键因素，从纳米尺度上表征这一特征对地球化学动力学研究和材料研发有着重要的意义。重点介绍了基于吸附等温线的分形研究方法，以表征纳米尺度上矿物或岩石表面的不规则性和微孔隙结构。从该方法的物理化学原理出发，对比分析了其适用范围和样品限制。在综合当前煤岩学、土壤学、材料学等领域的应用研究成果的基础上，提出了该分形研究方法在地球科学研究中的应用前景和发展趋势。 相似文献
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基于氮气吸附-核磁共振-氩离子抛光场发射扫描电镜研究川西须五段泥质岩储层孔隙结构 总被引：7，自引：5，他引：2
微观孔隙作为泥质岩的有效储集空间,其孔隙结构参数是作为气藏评价及资源量估算的重要依据。本文应用氮气吸附法(NAM)、核磁共振法(NMR)、氩离子抛光及场发射扫描电镜(AIP-FESEM)研究川西须五段泥质岩微观孔隙特征,结果表明:1氩离子抛光及场发射扫描电镜在表征微观孔隙形态与类别时有一定优势,但定量表征孔隙参数时,受图像二值化阈值的影响,表征结果偏差较大,可结合氮气吸附法来定量表征其孔径大小;2核磁共振受岩石骨架影响小,能够更精细反映岩石的物性条件,可定量计算孔隙度与可动流体饱和度,但对样品的孔隙形态反映较差;3综合上述三种方法,在须五段泥质岩中可识别出一定量的纳米级中、大孔,孔径大多介于几十纳米到几百纳米之间,孔隙连通性差,孔隙度主要介于2.3%~7.4%之间,孔隙类型以粒间孔、晶间孔最发育,有机孔隙、微裂缝次之,粒内孔隙最不发育。总体而言,融合了三种技术方法能更精确、更全面地反映泥质岩孔隙结构特征,能得到更完善的储层孔隙结构参数,在定量表征泥质岩孔隙结构中具有广泛的应用前景。 相似文献
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《现代地质》2017,(5)
以花生壳为原材料,通过水热炭化法在200℃下以不同的水热裂解时间(1 h、5 h、10 h)制备出水热炭,开展去除水中Cr(Ⅵ)的实验研究。通过水热炭样品红外光谱FTIR表征、元素含量分析、扫描电镜SEM表征等对比分析,表明水热炭化法可以制备出多孔的碳材料,且随着水热裂解时间的增加,水热炭的产率逐渐降低、芳香性逐渐增强、极性官能团逐渐减少,这些性质的改变会影响其吸附能力。通过批实验进行水热炭对水中Cr(Ⅵ)的吸附研究,结果表明准二级动力学模型适用于该吸附过程,热力学Freundlich模型可以更好地描述吸附等温线。由热力学参数计算可知,水热炭吸附Cr(Ⅵ)属于优惠吸附(容易进行)和自发性、物理吸附,且为吸热过程。实验结果表明随着花生壳水热裂解时间的增加,水热炭吸附Cr(Ⅵ)的能力逐渐增强。因此,水热炭可以作为经济型吸附剂应用于水污染修复,相关成果对于综合利用农业废弃物具有重要实践价值。 相似文献
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《吉林大学学报(地球科学版)》2015,(Z1)
<正>低压N2吸附能够获得较为准确的比表面积、孔尺寸、孔体积、孔径分布等参数,是目前页岩气储层纳米孔隙系统表征的常用方法之一。低压N2吸附实验测试条件如样品粒径及脱气温度的选择可能对测试结果造成较大影响,从而影响对页岩储层孔隙的准确评价。前人相关研究中页岩气储层低压N2吸附实验测试条件的选择尚未形成统一标准。笔者通过黑色页岩样品不同粒径和不同脱气温度条件下的低压N2吸 相似文献
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利用纳米透射X射线显微成像技术研究页岩有机孔三维结构特征 总被引：5，自引：5，他引：0
页岩纳米级孔隙的三维结构特征直接决定页岩气微观渗流机理,是完善页岩储层流动模型亟需解决的核心问题。本文以龙马溪组页岩有机孔样品(直径约7μm)为研究对象,分别利用同步辐射纳米CT和实验室纳米CT重建有机孔三维空间结构,针对两个装置获得的孔隙结构参数进行对比研究,结果表明:(1)龙马溪组页岩有机孔样品呈蜂窝状,孔隙度约60%,连通性较好;孔径分布呈双峰模式,集中于60~150nm和500~1400 nm;孔径大于500 nm的孔隙对样品的总孔隙度贡献较大。(2)同步辐射纳米CT与实验室纳米CT结果相较,孔隙度和孔隙总数两参数基本一致,喉道总数和喉道半径偏差较大;孔径分布和配位数分布规律虽然类似,但具体数值存在明显差异,值得进一步深入比较分析和研究。(3)纳米CT方法在页岩纳米孔隙三维结构表征方面存在阈值划分难度大与扫描视场过小的问题,可从切片重构算法、三维数据处理、表征单元体三方面进行改进。 相似文献
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《岩矿测试》2017,(6)
页岩纳米级孔隙的三维结构特征直接决定页岩气微观渗流机理,是完善页岩储层流动模型亟需解决的核心问题。本文以龙马溪组页岩有机孔样品(直径约7μm)为研究对象,分别利用同步辐射纳米CT和实验室纳米CT重建有机孔三维空间结构,针对两个装置获得的孔隙结构参数进行对比研究,结果表明:(1)龙马溪组页岩有机孔样品呈蜂窝状,孔隙度约60%,连通性较好;孔径分布呈双峰模式,集中于60~150nm和500~1400nm;孔径大于500nm的孔隙对样品的总孔隙度贡献较大。(2)同步辐射纳米CT与实验室纳米CT结果相较,孔隙度和孔隙总数两参数基本一致,喉道总数和喉道半径偏差较大;孔径分布和配位数分布规律虽然类似,但具体数值存在明显差异,值得进一步深入比较分析和研究。(3)纳米CT方法在页岩纳米孔隙三维结构表征方面存在阈值划分难度大与扫描视场过小的问题,可从切片重构算法、三维数据处理、表征单元体三方面进行改进。 相似文献
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孔喉特征是储集层研究的核心,厘清储集层孔喉在三维空间中的展布对油气勘探与开发意义重大。文中借助微纳米CT立体成像技术和数字岩心技术对川东北飞仙关组残余鲕粒白云岩的孔喉特征进行刻画与描述,建立了微纳米级的孔喉三维空间展布模型,并计算了孔喉半径、形状因子、空间连通性等表征参数。此外,结合扫描电镜、压汞曲线等传统方法,对所建立的模型进行了有益的探讨和补充。结果表明,川东北地区残余鲕粒白云岩孔隙类型主要有粒间孔、粒间溶孔（铸模孔）、晶间（溶）孔、晶间缝和微裂隙等。其中,晶间孔和微裂隙为连通的喉道,其最小值可达20～30 nm。样品重结晶强烈,受重结晶晶体的生长及后期压实等改造作用的影响,喉道堵塞,储集层渗透性差。 相似文献
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以绿沸石、硅藻土、膨润土、牡蛎壳为主要原材料,包衣机制粒后马弗炉焙烧制成绿沸石-硅藻土(GZD)、绿沸石-膨润土(GZB)、绿沸石-牡蛎壳(GZO)等3款球状氨氮吸附材料。探究造孔剂-粘结剂配比、物料配比、焙烧温度、焙烧时间对污水中氨氮的吸附量和材料散失率的影响,通过吸附动力学、吸附等温线、氨氮去除率、材料散失率试验探讨其吸附机理。并设计了简易装置,用实际河道水样对比分析了3款复合材料与块状绿沸石原矿对氨氮的吸附效果和重复利用次数,对处理效果最佳的GZD中的主要材料绿沸石和硅藻土进行了SEM和XRF表征。结果表明:GZD的氨氮吸附效果最佳,制备条件为造孔剂、粘结剂、绿沸石、硅藻土的质量比为1.2﹕5﹕9﹕1;在500℃下焙烧3 h;GZD对氨氮的吸附符合准二级动力学,用Freundlich等温线比Langmuir等温线更适合描述其吸附过程;GZD对实际河道水样进行5次吸附再生后仍具有明显效果。 相似文献
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《矿物岩石地球化学通报》2017,(6)
为研究单矿物纳米孔隙特征及其在页岩储集层表征中的意义,针对11种单矿物开展了N_2吸附实验,结果表明,高岭石、黄铁矿、钙质及长英质矿物以大孔(50 nm)为主,孔隙形态为楔形;其余黏土矿物介孔(2~50 nm)发育,以平行板状孔隙为主;除铁绿泥石和伊利石主要由微孔(2nm)贡献比表面积之外,单矿物多由介孔贡献;黄铁矿、钙质及长英质矿物中以钠长石孔隙最为发育,黏土矿物中则铁绿泥石高岭石伊利石伊蒙混层钙蒙脱石。同时,基于页岩样品SEM结果分析,当页岩孔隙结构特征与单矿物相近时,通过矿物组成加权构建了页岩吸附等温线及孔径分布。其构建效果受有机孔(或TOC)含量的影响。 相似文献
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页岩的微观孔隙结构对页岩气的赋存至关重要,气体吸附法可以较好对页岩的微观孔隙结构进行表征。通过测量丁页1井不同深度样品的矿物含量、RO值和TOC含量,结果表明丁页1井龙马溪组页岩样品的矿物含量比较稳定,有机质成熟度变化不大,均为过成熟。通过低温氮吸附法计算样品的比表面积和微、介孔容积和孔径分布,结果表明：（1）样品的平均孔径为2.8 ~ 4.9 nm,10 nm以下的孔隙提供了大部分的微、介孔容积。微、介孔容积为0.00136 ~ 0.0108 cm3/g,平均0.004 cm3/g,比表面积为2.54 ~ 13.69 m2/g,平均6.68 m2/g;（2）微、介孔容积、比表面积和TOC三者之间有很强的正相关性。通过计算TOC含量为0时的微、介孔容积和比表面积推算无机孔和有机孔之间的比例和其对比表面积的影响,发现有机孔提供了大部分的微、介孔容积,有机孔还是比表面积的主要贡献因素;（3）样品的吸附曲线符合IPUAC分类中的第IV型吸附曲线,样品的脱附曲线反映样品孔隙形态随TOC含量的增加,由楔形孔（不定型孔）变为连通的墨水瓶型孔（狭缝型孔）或墨水瓶型孔。 相似文献
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本文利用褐铁矿中针铁矿经热脱水相变获得以纳米晶赤铁矿为主要物相的纳米-微米多级孔结构材料,并用于模拟净化富Mn~(2+)地下水。同时考察了热处理温度、初始pH值、初始Mn~(2+)浓度、吸附反应时间等对材料去除溶液中Mn~(2+)的影响。XRD、TEM、BET表征结果表明,300℃热处理产物中赤铁矿孔径最小为2.7 nm,比表面积最大达到107.4 m~2/g。吸附实验结果表明,在pH值5~10的范围内,p H值对煅烧褐铁矿颗粒对Mn~(2+)去除效果影响较小;材料在贫氧条件下对水中低浓度Mn~(2+)的最大吸附量为6.45 mg/g;吸附动力学符合准二级动力学模型;褐铁矿热处理形成的纳米晶赤铁矿对Mn~(2+)具有吸附和催化氧化作用,其中的杂质锰氧化物对Mn~(2+)的吸附和催化氧化具有增强作用。 相似文献
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渝东南地区下寒武统牛蹄塘组页岩孔径分布测试方法研究 总被引：2，自引：2，他引：0
低温氮气吸附法已普遍用于评价页岩的孔隙结构,但是文献中报道的脱气温度和脱气时间等测试条件不尽相同,此外测试结果中经常出现滞后环不闭合的情况,严重影响了孔径分布等结构参数测试的准确性。为了评价和探索有效的页岩孔径分布测试方法,本文选取渝科1井下寒武统牛蹄塘组黑色页岩,重点研究应用低温氮气吸附法分析其孔径分布的测试条件,系统探讨了样品质量、脱气温度、升温速率和脱气时间对测试结果的影响,通过进一步优化参数建立了可靠的孔径分布测试方法,并成功用于测定其他页岩样品。结果表明:吸附-脱附等温线呈反C型,属于Brunauer等提出的BDDT等温吸附曲线分类中的V型,滞后环完全闭合,属于IUPAC分类中的H4型,对应狭窄的狭缝型孔隙,说明此类页岩中除了含有峰值孔径主要集中在3.5~4.5 nm的中孔和一定数量的大孔外,还存在大量微孔。研究认为脱气温度是影响测试结果的主要因素。该研究是页岩孔径分布测试方法的一项补充,为我国页岩气的深入研究提供了关键参数支持。 相似文献
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基于CT扫描的三维数字岩心孔隙结构表征方法及应用——以莫北油田116井区三工河组为例 总被引：2，自引：0，他引：2
为真实、精确、直观地表征储集层岩石的孔隙结构特征,对不同岩性的岩心样品进行CT扫描成像并构建三维数字岩心,应用最大球算法提取数字岩心的孔隙网络模型,最终实现岩心孔隙结构特征的三维显示和定量表征。该方法在莫北油田116井区三工河组储层应用取得良好效果,研究表明:该区储层孔隙类型以粒间孔、溶蚀孔和少量晶间孔为主,平均孔隙半径33.11μm,平均喉道半径1.47μm,喉道细小是造成研究区储层渗透率低的主要原因;与核磁共振Coates模型渗透率计算结果相比,数字岩心技术对于渗透率的计算更加精确;数字岩心孔隙结构表征结果与常规压汞资料对比,一致性较好,该技术还可定量识别孔隙和喉道,并具有形象直观、样品无损等特点,对于岩石孔隙结构的表征具有更大的优势。 相似文献
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为了定量表征煤的孔隙结构,研究煤孔隙特征与吸附性能的内在联系,采用低温液氮吸附法（LP-N2GA）、CO2吸附法、扫描电镜（SEM）和孔隙-裂隙分析系统（PCAS）对6种不同变质程度煤样进行孔隙相关分析.煤样孔隙分布相似时,煤样对N2和CO2的吸附能力、孔隙率的近似概率密度和孔隙面积（中孔）与煤的挥发分呈负相关,煤样孔隙的分形维数与煤的挥发分呈正相关.煤样的孔隙分布差异较大时,煤样对N2和CO2的最大吸附容量与孔隙分布有关.建立了煤纳米孔结构的联合表征模式,该表征模式能够更有效地研究和分析煤中的孔隙,包括孔隙数目、孔隙面积、孔隙周长、平均形状因子、孔隙率、分形维数和孔径分布,将SEM-PCAS与气体吸附方法相结合对煤的孔隙结构进行定量联合表征的模式是可行的. 相似文献
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含瓦斯煤相似材料研制及其突出试验应用 总被引：1，自引：0，他引：1
采用相似物理模拟试验研究煤与瓦斯突出机制和规律是目前有效的方法,含瓦斯煤体相似材料是突出定量模拟的关键因素。研制出一种新型的含瓦斯煤体相似材料,该相似材料以一定粒径分布的煤粉为骨料,以腐植酸钠水溶液为胶结剂,混合压制成型后干燥。大量正交配比试验表明:在成型压力15 MPa下,相似材料的重度、孔隙率趋于稳定并与原煤十分接近;相似材料抗压强度高,可调范围达0.5~2.8 MPa,与胶结剂浓度近似呈线性正比关系;吸附解吸试验表明,相似材料的吸附性良好,其与原煤的吸附等温线一致;并且具有材料价格低廉、无毒副作用、配比简单、性能稳定和各物理力学参数调节方便等特点,可用来模拟不同强度原煤。采用相似材料制作的型煤开展了煤与瓦斯突出试验,成功模拟了煤与瓦斯突出现象和过程,证明该相似材料能很好地模拟具有吸附解吸特性的含瓦斯煤体。 相似文献
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本文采用非离子表面活性剂聚乙烯醇(PVA)对粘土进行改性修饰,并以钛酸丁酯和盐酸分别为前驱物和酸催化剂,采用溶胶-凝胶法制备了PVA修饰疏水型纳米钛柱撑粘土材料,对其进行了比表面积(BET)、热重分析(TGA)、X射线粉末衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征。实验结果表明,TiO2成功地插入了粘土层间,并以锐钛矿型的晶型存在,制备的柱撑粘土复合材料仍有较好的层状结构,其比表面积较原土有明显的增加,经过PVA修饰后柱撑粘土表面的疏水性得到了提高。以甲基橙的吸附和降解为模型反应,考察了柱撑粘土的吸附性能和光催化活性,实验结果发现PVA修饰疏水型纳米钛柱撑粘土材料对甲基橙表现出了良好的吸附能力和较好的光催化活性。 相似文献
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X-CT扫描成像技术在致密砂岩微观孔隙结构表征中的应用——以大安油田扶余油层为例 总被引：1，自引：0，他引：1
以松辽盆地南部大安油田扶余油层致密砂岩样品为研究对象,利用VGStudio MAX强大的CT数据分析功能结合Avizo软件先进的数学算法,建立了大安油田扶余油层致密砂岩多尺度三维数字岩心模型,该模型具有样品无损、结果直观、数据丰富等优势;同时结合环境描电镜(ESEM)、Maps图像拼接技术、铸体薄片、恒速压汞等油气分析测试方法对松辽盆地南部大安油田扶余油层微观孔隙特征进行了定量表征,为进一步开展大安油田扶余油层渗流机理的研究打下了基础。研究表明:微米尺度下,大安油田扶余油层储集空间类型以溶蚀型孔隙和微裂缝为主,不同孔渗的样品孔喉的形态和尺寸有所不同,孔喉形态多为球状和条带状,孔喉分布状态主要有连片状和孤立状两种;纳米尺度下,大安油田扶余油层储集空间类型以矿物颗粒内部或表面的溶蚀孔隙和微裂缝为主,纳米孔喉形态上多呈小球状、管状,微裂缝对纳米级孔隙有很好的沟通作用。喉道半径较窄是造成样品的实测渗透率较低的主要原因。 相似文献
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构造煤纳米孔非均质性研究对于揭示煤层气赋存状态和传输特性具有重要意义.选取低-中煤级典型序列构造煤样品,基于高压压汞和低温液氮相结合的方法计算了构造煤基质压缩系数,并分析了Menger、热力学、Sierpinski和FHH分形模型对构造煤的适用性,进一步揭示了孔隙分形特征,糜棱煤的Menger分形曲线呈现三段式分布,而对于原生煤、碎裂煤、片状煤、鳞片煤和揉皱煤而言,Sierpinski模型、Menger模型、热力学模型以及FHH模型分段点分别为100 nm、72 nm、72 596 nm和8 nm.Menger模型分形维数大于3且拟合偏差较大,不适合表征构造煤的孔隙非均质性.Sierpinski模型适合于描述构造煤的纳米孔分形特征;FHH模型适合于表征原生煤及构造煤8~100 nm的孔隙非均质性.Sierpinski模型微米孔（>100 nm）的分形维数（Ds1）随着构造变形的增强先升高,而后降低,在片状煤中达到最高;Sierpinski模型纳米孔（< 100 nm,Ds2c）和FHH模型 < 8 nm的孔隙的非均质性随构造变形的增强逐渐升高.原生煤和脆性变形煤中,Ds1 > Ds2c,表明为微米孔非均质性强于纳米孔;鳞片煤中,Ds1接近于Ds2c;揉皱煤中,Ds1 < Ds2c,表明纳米孔的非均质性强于微米孔. 相似文献