【摘 要】
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深入了解电场作用下流体在微纳孔隙中的赋存特征,对于电场作用下的固-液、气-液体系研究十分重要。然而,电场的非热场效应对流体在微纳孔隙中的赋存特征的影响尚不清楚。本文使用分子动力学方法分别研究了电场作用下水分子在微纳孔隙中的赋存特征,电场作用下水-甲烷分子在微纳孔隙中的赋存特征,以及电场作用下水-二氧化碳分子在微纳孔隙中的赋存特征。主要分析了在电场作用下,高岭石孔隙中流体分子的密度分布、径向分布函数
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深入了解电场作用下流体在微纳孔隙中的赋存特征,对于电场作用下的固-液、气-液体系研究十分重要。然而,电场的非热场效应对流体在微纳孔隙中的赋存特征的影响尚不清楚。本文使用分子动力学方法分别研究了电场作用下水分子在微纳孔隙中的赋存特征,电场作用下水-甲烷分子在微纳孔隙中的赋存特征,以及电场作用下水-二氧化碳分子在微纳孔隙中的赋存特征。主要分析了在电场作用下,高岭石孔隙中流体分子的密度分布、径向分布函数、偶极矩、氢键以及相互作用能等参数。交变电场对水分子在高岭石表面的赋存特征研究表明,平行于高岭石表面施加的交变电场有助于减少高岭石(0 0 1)表面上吸附的水分子的数量。交变电场对水分子在高岭石的(0 0-1)表面吸附的影响不明显,但严重影响对水分子在高岭石(0 0 1)表面的吸附。水分子将沿着外加电场的方向旋转,这会导致水分子与壁面之间的氢键减少。因此,由于外加电场的作用,水-高岭土相互作用减弱,从而使部分水分子从高岭石表面解吸,并远离高岭石表面。这些结果对于理解交变电场影响粘土-水系统的机理具有重要意义。交变电场对甲烷-水体系在高岭石表面的赋存特征研究表明,水将优先吸附在表面上,形成水层并阻止甲烷的吸附,从而导致甲烷的吸附减少。对于高岭石表面的水-甲烷系统,施加的交变电场使水层变厚,从而导致甲烷的吸附量下降。此外,较高的交变频率和较强的电场的强度更有助于甲烷的解吸。施加的交变电场会减少高岭石表面上的氢键数量,并且更高的频率或更强的强度会进一步破坏氢键。同时,水-高岭石的相互作用能和水的自扩散系数随施加电场的频率和强度而增加。这项研究有助于我们理解交变电场影响甲烷-水系统在高岭石表面上的吸附行为的机理,并且对于提高气体产量具有重要意义。交变电场对二氧化碳-水体系在高岭石表面的赋存特征研究表明,水将优先吸附在表面上,形成水层并阻止二氧化碳的吸附,从而导致二氧化碳的吸附降低。垂直静电场在增加二氧化碳地质封存方面更为明显,额外增加了15.58%的地质存储量。施加的外部静电场会减少高岭石界面上的氢键数量,而更强的强度会进一步破坏氢键,从而促进水分子的解吸和二氧化碳的地质存储。同时,水分子在吸附相平行表面上的初始偶极子取向决定了垂直电场的效率更高。这项研究有助于我们了解外电场影响二氧化碳-水体系在高岭石表面上赋存的机理,并且对于促进二氧化碳地质封存具有重要意义。
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