气体扩散电极制备条件与氧还原反应活性关系的研究

在改变催化层中聚四氟乙烯(PTFE)、造孔剂含量和热压压力等条件下制备气体扩散电极,通过计时电位法、阴极极化曲线对气体扩散电极进行测定,并将其结果用最小二乘法拟合得出电极的制备条件与氧气还原反应电化学参数之间的关系。电化学测试结果表明,各种条件下制备的电极的阴极极化过程都符合Rho提出的半经验公式规律;当气体扩散电极催化层PTFE面密度3.33mg/cm²、造孔剂(NH₄)HCO₃面密度1.05mg/cm²以及热压压力3.69MPa时,气体扩散电极的氧还原活性最佳。     

气体扩散层亲疏水特性对流体分布的预测

采用伪势两相格子玻尔兹曼方法（LBM）研究了非增湿条件下碳纸和碳布气体扩散层（GDL）的流体流动状态。通过随机方法和X射线扫描法构建了气体扩散层样本。为确保模型中表面张力和接触角计算的准确性，采用玻璃微珠模型进行验证，随后通过调整气体扩散层的亲疏水特性，分析流体在气体扩散层中流动的实时状态，得到了亲疏水特性对孔隙结构内水饱和度的影响规律。结果表明：疏水性气体扩散层中的水分布与亲水性气体扩散层中的水分布明显不同，较大的疏水性更有利于气体扩散层内水的排出；疏水性更强的气体扩散层显著提高了液态水进入气体扩散层的入口压力，导致催化剂层（CL）更容易受到水渗透的影响。     

气体膜分离

由于对分离膜的偏爱,我经过一个星期的搜索总结资料,查阅了大量书籍,最终选定了气体分离膜作为课题来写这篇文献检索。在此文中,我总结了气体分离膜的使用原理,它包括：分子流、黏性流、表面扩散流、分子筛筛分机理、毛细管凝聚机理,溶解-扩散机理、气体在橡胶态聚合物中的传递、气体在玻璃态聚合物中的传递和双吸附-双迁移机理等。膜和膜组件的分类及特点,还有气体膜分离系统设计,最后,简要介绍了气体膜的现实应用。     

多孔陶瓷膜的气体渗透模型

为了揭示气体在多孔陶瓷膜中的传质规律,研究陶瓷膜在20～500℃下的N2渗透性能。实验测定了平均孔径为100、200和500 nm的陶瓷膜渗透速率;在达西定律的基础上,分别依据K-C方程和H-P方程建立气体传质模型,修正相关参数并进行比较和预测。结果表明:在考察的膜孔径范围内,气体的传质机制主要为黏性流扩散,气体的渗透速率随温度的升高而减小,随膜平均孔径和孔隙率的增大而增大,随膜厚度的增加而减小,修正的K-C方程能较好地描述N2在陶瓷膜孔中的传递规律。     

质子交换膜燃料电池气体扩散层制备过程材料表征和孔尺度模拟计算

为研究质子交换膜燃料电池（PEMFC）气体扩散层的制备方法对其结构和性能的影响,将聚丙烯腈基碳纤维原纸作为前驱体,以酚醛树脂作为粘结剂,采用热压、碳化、石墨化等工艺制成气体扩散层,考察在原纸浸渍的过程中,不同质量分数酚醛树脂乙醇溶液对气体扩散层结构和性能的影响。利用扫描电子显微镜、汞侵入法、四探针法等进行性能表征,并利用X射线断层扫描技术获得气体扩散层的三维结构,通过孔尺度模拟进行性能计算。结果表明,采用实验表征方法和模拟计算方法可以更加准确和清楚地对气体扩散层性能进行表征,在使用15%质量分数酚醛树脂乙醇溶液浸渍原纸时,可以得到与商用气体扩散层相等的78%孔隙率,同时将电阻率降低了30%左右。     

膨体聚四氟乙烯膜气体透过行为的研究

文中利用具有不同结构参数的膨体聚四氟乙烯膜，选择不同性质的气体(H₂、He、N₂、O₂、CO₂)研究其透过行为。研究表明：气体以努森扩散和粘性流动的形式透过膜孔，且透过系数与气体分子量的0.5次方成反比，与膜厚度成反比，单孔透过系数与孔半径成3.6次方的关系。根据分离因子和膜结构参数对透过系数的影响，可以进行膜结构的设计，使其成为具备一定防止大分子毒气入侵功能的军用防护服装材料。     

包覆火药破孔规律的研究

为了弄清包覆火药降低温度系数，提高初速的机理，该文用中止实验的方法研究了包覆火药的破孔过程，给出了破孔率及破孔率温度系数的定义，讨论了破孔率与温度、压力以及装填密度的关系，分析了破孔率温度系数与弹道温度系数的一致性。这对建立包覆火药装药的内弹道模型和包覆火药的质量检测标准以及预估包覆火药装药的弹道温度系数都具有重要意义。     

气体在玻璃中渗透的数值模拟

为深入理解环境气体对超高真空电子器件玻璃壳体材料的渗透机理,采用巨正则蒙特卡罗法和分子动力学法对玻璃中的气体溶解、扩散两种渗透行为进行了数值模拟研究,基于原子模拟凝聚相优化分子势力场,计算了两种玻璃结构中氧气、氦气、氢气和水蒸气分子的溶解系数,以及氧气和氢气分子在钠钙玻璃中的扩散、渗透系数和扩散运动轨迹。计算结果表明:与玻璃材料亲和力较大的气体分子溶解系数较高;玻璃中金属离子的存在使玻璃中的孔径变小,从而降低了钠钙玻璃中气体分子的溶解系数;环境温度升高和气体压强增加使气体分子在玻璃中的扩散、渗透系数增加;在扩散过程的大部分时间中,气体分子在某一位置做往复振动,偶尔发生一次跳跃,这导致气体分子逐渐远离初始位置;因为玻璃材料能给体积较小的气体分子提供更多的有效扩散通道,所以H_2比O_2有较高的扩散系数。研究结果可为超高真空电子器件的真空失效机制探究、玻璃壳体的材料优选和结构优化提供一定的理论依据。     

金属有机络合物添加剂对聚合物膜气体透过性能的影响

分别在聚酰亚胺和醋酸纤维素气体分离膜材料中添加金属有机络合物，研究了不同添加剂用量对分子链间距（或晶面间距）、膜密度及气体分离性能的影响。广角X射线衍射和膜密度的测定结果表明，随着添加剂用量的增加，聚合物材料的自由体积增大，膜的透气系数也相应提高。但聚酰亚胺复合膜中添加剂用量达到2．0％后，自由体积和透气系数趋于稳定。两种膜材料在透气系数提高的同时，透气选择性变化不大。     

井下气体成分变化对光学瓦斯检测仪的影响

为了解释煤矿井下在进行瓦斯测定时,光波干涉瓦检仪和热催化瓦检仪检测结果不同,使得工程技术人员对井下瓦斯浓度不能准确把握,从而产生安全隐患。通过在新柳煤矿井下测点分别使用光干涉瓦检仪和热催化瓦检仪对瓦斯含量进行测定,并采集对应测点气体对其进行色谱成分分析,从而确定两种仪器的误差。再根据分析不同气体对光波的折射率,找出光干涉瓦检仪的误差产生原因并提出相应修正方法,最终得出影响新柳煤矿瓦斯检测结果不准的原因并提出相应措施。     

煤体结构对矿井瓦斯灾害的影响研究

煤体结构的变化直接影响矿井瓦斯的赋存与运移规律,从而影响矿井瓦斯灾害的形式和灾害后果的严重程度.采用压汞法研究了韩城矿区煤体结构,并结合三轴渗透仪测试了煤层瓦斯渗透率及瓦斯吸附实验结果,研究了煤体结构对韩城矿区瓦斯危险性和灾害形式的影响,得出韩城矿区北区和南区3#煤层的差异及北区3#与11#两个不同煤层结构不同,导致煤层瓦斯渗透率、瓦斯吸附能力不同,因而瓦斯涌出规律、瓦斯灾害形式不同,为该矿区矿井瓦斯灾害的防治提供理论依据.表7,参8.     

黔北地区二叠系龙潭组页岩微观孔隙特征及其储气性

为了深入研究黔北地区海陆过渡相页岩储层微观孔隙结构特征,选取了二叠系龙潭组钻井岩心页岩样品进行氩离子抛光-场发射扫描电镜实验、氮气吸脱附实验、及相关地化和等温吸附等测试,研究页岩微观孔隙类型及孔隙结构特征,并探讨微观孔隙对页岩储气性能的影响。研究结果表明,龙潭组页岩储层的孔隙类型主要包括粒间孔、粒内孔、有机质孔、微裂缝4种,以矿物颗粒粒间孔和黏土矿物粒内孔最为发育,有机质孔发育较少,这主要是因为Ⅲ型干酪根显微组分为结构稳定的镜质组和惰质组在生烃过程中不易产生有机质孔;氮气吸附实验结果显示龙潭组页岩孔隙类型复杂,主要表现为两类：细颈广体的墨水瓶孔隙和四边开口的平行狭缝型孔隙,孔径主要介于3～5nm,以发育中孔为主,BET比表面积平均为15.846m2/g,BIH总孔体积平均为0.01258ml/g;龙潭组页岩样品吸附气含量较高（平均为2.37m3/t）,页岩储层微观孔隙对吸附性能有重要的影响,其中吸附气含量与页岩的孔径呈负相关关系,与页岩的比表面积、孔体积呈较好的正相关关系,页岩的纳米级孔隙为烃类气体的赋存和运移提供了有利条件。     

疏水缔合聚合物驱油数学模型

为了研究疏水缔合聚合物驱油规律和动态,建立了疏水缔合聚合物驱油数学模型。根据室内对疏水缔合聚合物溶液结构的研究成果,采用聚合物线形体和聚合物聚集体共同描述疏水缔合聚合物溶液在多孔介质中的性质变化和渗流特性,同时考虑了疏水缔合聚合物溶液在不同孔渗条件下水相相对渗透率降低能力、不可入孔隙体积系数的变化、吸附滞留与建立流动阻力的关系等物化问题。利用模型对岩芯驱油实验结果进行了拟合,数值模拟结果与实际岩芯驱油结果基本一致。表明该模型能够有效描述疏水缔合聚合物溶液的驱油动态,为疏水缔合聚合物驱的理论研究和现场分析提供了研究方法。     

淮南潘谢矿区石盒子组煤系页岩气储层孔隙结构特征及影响因素

页岩储层孔隙结构对于页岩气富集和开采具有重要影响。应用高压压汞、低温N2和CO2吸附实验结果,对淮南潘谢矿区石盒子组煤系页岩气储层的孔隙结构进行定量表征,并结合有机地球化学特征、矿物组成和成熟度探讨了其影响因素。结果表明:潘谢矿区石盒子组页岩孔隙度为1.21%~11.00%,平均3.58%;孔隙类型主要为平行板状孔、楔状半封闭孔及墨水瓶孔。潘谢矿区石盒子组页岩的总孔容为（12.77~36.66）×10-3 cm3/g,总比表面积为（10.27~26.01） m2/g,平均孔径为9.59 nm,介孔对孔隙结构的贡献最大,其次是微孔和宏孔。孔径为0.5~0.85 nm,2.1~3.5 nm及71~150 nm的孔隙对潘谢矿区石盒子组页岩孔容起主导作用,孔径为0.4~0.85 nm和2.5~5.0 nm 的孔隙提供了主要的比表面积。有机碳含量（TOC）、矿物组分和成熟度均会影响石盒子组页岩孔隙结构的发育。TOC的富集有利于拓展孔隙空间和孔隙结构的发育;黏土矿物含量的增加会抑制孔隙结构的发育,脆性矿物则相反;石盒子组页岩成熟度达成熟-高成熟,处于有机质第一次裂解后孔隙减小阶段。该研究成果为深入认识该区页岩气赋存富集提供基础资料。     

徐家围子地区深层特低孔渗砂岩储层含气饱和度模型对比

随着油田勘探开发的不断深入,低孔渗油气储层已经成为油田勘探开发的重点,低孔渗储层的测井评价也成为测井领域面临的首要问题。针对徐家围子地区深层砂岩储层孔渗低、含泥、孔隙结构复杂等特点,基于有效介质对称导电理论,建立了徐家围子地区泥质砂岩储层有效介质导电模型。该模型考虑了泥质附加导电,以及泥的连通性、形状和结构等对岩石导电性的影响,它更适用于描述低孔渗泥质砂岩储层的导电规律。有效介质导电模型与双水导电模型和阿尔奇方程的理论与应用对比,表明在泥质含量较低且变化不大的情况下,3种导电模型均可用于计算徐家围子地区深层砂岩储层的含气饱和度,且效果相近。但在泥质含量较高且变化较大的情况下,优先选用有效介质导电模型计算砂岩储层的含气饱和度。     

常规方法预测碳酸盐岩地层压力的偏差分析

碳酸盐岩异常地层压力成因不同于碎屑沉积岩的欠压实机制,其纵波速度-孔隙度关系分散,采用常规方法进行碳酸盐岩地层压力预测具有很大的不确定性。基于等效介质理论,计算不同孔隙结构碳酸盐岩的纵波速度,在此基础上,分析孔隙结构导致的常规地层压力预测方法的预测偏差。结果表明:在应力状态、矿物组成和孔隙度相同条件下,裂隙类孔隙使地层压力预测结果偏高,易造成井漏、储层污染等问题;溶孔类孔隙使地层压力预测结果偏低,易诱发溢流、井涌等复杂情况;当裂缝、溶孔共存时,地层压力预测偏差的正负不仅受裂隙与溶孔相对体积比的影响,也受其绝对体积含量的控制;对于复杂孔隙结构碳酸盐岩,油气钻井工程中采用常规的地层压力预测方法和井身结构设计系数存在较大的安全隐患。     

低渗透岩石声学特征及在含气性预测中的应用

针对低渗透储层含气性定性识别、定量预测困难等问题,开展了模拟地层条件下的声学岩石物理实验,定量 研究了围压、孔隙压力、有效应力和孔隙流体等对纵、横波速度的影响。系统分析了纵横波速度、弹性参数等与含气饱 和度的关系,并基于Krief 弹性参数预测方法对实验结果进行了验证分析。实验和数值模拟结果表明,岩石的声学性 质受孔隙度、压力、孔隙流体性质等因素的综合影响,纵横波速度比波阻抗交会和纵横波平方交会截距对孔隙流体 性质较为敏感,可用于含气储层的识别与评价,对利用声波测井资料进行储层流体性质识别具有重要指导意义。     

页岩气储层孔隙系统的多尺度联合表征及评价——以焦石坝龙马溪组为例

页岩气储层孔隙系统的研究是页岩气表征与评价的核心工作之一。鉴于页岩矿物成分复杂、孔隙组分多样,多种测试手段的联合分析已成为页岩孔隙系统研究中的一个发展趋势。综合氩离子抛光-扫描电镜、低温液氮吸附、CO2吸附、特高压压汞等对川东南志留系龙马溪组页岩的微观孔隙结构、孔径分布及连通性等进行了配套实验研究。研究结果表明:1页岩储层孔隙以100 nm以下的中孔和微孔占主导,其中孔径为10 nm左右的孔隙所占体积最大;2有机质发育及含量决定了页岩气储层孔隙发育情况及孔径大小分布,表现为随着TOC含量的增大,孔径大的孔隙部分逐渐增多,有效孔隙度逐渐增大;3多种实验手段联合测试才能获得页岩的多尺度孔隙全貌特征,而液氮-高压汞联合测试能反映其孔隙系统的基本特征。总体上,优质页岩气储层具有更大的微孔孔容、比表面积、孔径大小及有效孔隙体积,研究成果和结论对页岩气储层孔隙系统的综合表征和评价具有重要借鉴意义。     

天然气藏中二氧化碳含量的测井定量评价方法

当气层中含有二氧化碳时,由于烃气、非烃气以及束缚水同时存在,导致孔隙流体成分及其测井响应趋于复 杂,尤其是二氧化碳溶于水后形成的附加导电性不强且无明显规律,使得运用电阻率方法对二氧化碳的定性识别和定 量计算变得非常困难。基于孔隙度测井方法,利用甲烷气体和二氧化碳气体对热中子减速以及扩散方面影响的差异, 选取中子长短源距计数率值建立了二氧化碳定量计算模型。同时,考虑到在储层高温高压条件下甲烷和二氧化碳气 体声波和密度测井响应特征,结合已有的孔隙度和饱和度数据,运用基于体积物理模型的最优化方法对各流体成分的 含量进行计算。将两种方法同试油和测试结果进行了对比,均取得了良好的效果,证实了方法的可靠性。     

聚偏氟乙烯超滤膜的制备及亲水改性

进一步讨论聚偏氟乙烯超滤膜的制备过程中某些因素（蒸发时间、凝固液配方）对膜平均孔径（用小角Ｘ射线散射法测定）的影响,并对干燥后疏水的聚偏氟乙烯超滤膜进行亲水改性