碳捕获利用和封存(CCUS)方案中，将CO2封存于不可开采的煤层，同时增强煤层CH4开采的方案(CO2-ECBM)可在有效控制CO2排放的同时获得清洁能源CH4，有望成为现阶段CO2减排的有效手段。　　 尽管许多国家的试验井均表明CO2-ECBM在技术上是可行的，近几年相关方面的基础研究也有很大的进展，但在对过程的理解和控制方面还存在不足，对CH4产出和CO2封存效果的评价和预测方面还存在许多问题。前期研究表明，煤中不同组分对CO2吸附性的差异会影响到评价数据的确切表述。煤中矿物质和低分子有机物与煤的主体碳相比含量较少，其对CO2的吸附性，鲜有研究，但对煤吸附评价数据的影响是不可忽视的，特别是对含矿物质量较高的低阶煤。另外，在CO2-ECBM方案的煤储层条件下，CO2通常处于超临界状态，CO2的注入也会增加地下水的酸度，导致煤中低分子有机物和矿物质从煤中溶出，使煤结构发生变化，从而影响CH4和CO2在煤储层中的运移和吸/脱附。　　 作为荷兰壳牌(Shell)公司和欧盟第六框架计划(MOVECBM)项目的组成部分，本论文的主要研究内容包括煤中矿物质和低分子有机物对CO2的吸附特征及SCCO2的作用，旨在澄清煤中非主要组分对CO2的吸附作用及SCCO2导致的煤储层产生的不可逆变化对CO2吸附性的影响。主要研究结果如下:　　 (1)采用盐酸和氢氟酸逐级沥洗了六种不同煤阶的煤，得到了一系列含不同矿物质的样品。通过比较不同样品的CO2吸附特性，发现煤中矿物质对CO2的吸附能力较小。采用Langmuir方程模拟了不同样品的CO2吸附等温线，比较Langmuir最大吸附量Vm的变化发现:尽管盐酸可溶类矿物质(HClS)含量(4-32％)远小于盐酸不溶物/氢氟酸可溶类矿物质(HClIS-HFS)含量(34-88％)，但是HClS能引起煤的CO2吸附量的变化远大于HClIS-HFS引起的变化，这个问题归结于矿物质与煤有机质的结合程度:煤中的HClS通常是原生矿物质，与煤有机质紧密接触，可以阻碍CO2与煤基质的接触，影响煤对CO2的吸附;HClIS-HFS通常是外来矿物质，与煤有机质质通常呈物理混合态，对CO2与煤有机质上的吸附影响较小。　　 (2)采用正己烷(H)、甲苯(T)和四氢呋喃(THF)逐级萃取了六种不同煤阶的煤，得到了含不同低分子有机物的样品。通过比较不同样品对CO2的吸附行为，发现H和H/T萃取后样品的CO2吸附量均比萃取前有所降低，表明正己烷可溶物(HS)和正己烷不溶物/甲苯可溶物(HIS/TS)的损失可导致样品的CO2吸附量减小，表明HS和HIS/TS有较好的CO2“吸附”能力;采用Langmuir方程模拟了萃取前后样品的CO2吸附等温线后，发现H和H/T萃取后样品的Langmuir常数均比萃取前样品有所降低，也可表明HS和HIS/TS有较好的CO2“吸附”能力。然而THF进一步萃取后样品的CO2吸附量均较萃取前有所增加，表明低分子有机物的溶出一方面损失的吸附相，另一方面增大了吸附面积。　　 (3)采用THF对QS、DT、HLH三种煤样一步萃取，其萃取率分别为1.23％、2.31％、4.93％。前后样品的CO2吸脱附等温线均存在滞后环，表明这三种原煤及萃余煤对CO2的吸附均含有孔填充吸附。其中QS无烟煤和HLH褐煤经THF萃取后，吸附量略有降低，表明由于萃取，吸附相的损失大于增加的吸附面积的吸附量，同时发现萃取前后吸脱附滞后现象基本不变，表明THFS的溶出没有影响到煤的孔隙结构;而DT烟煤经THF萃取后，吸附量明显增加，表明由于萃取煤基质增加的吸附量大于THFS的“吸附”量，而且滞后现象变得更为明显，表明THFS的溶出影响到样品的孔隙结构。　　 (4)采用SCCO2/H2O/煤和SCCO2/煤系统模拟CO2-ECBM操作条件，以N2/H2O/煤系统作为基准，以低压CO2吸附能力为探针考察了QS、DT、HLH三种煤对SCCO2的敏感性。研究发现SCCO2/H2O和SCCO2处理后样品的CO2吸附量并无明显差异，但较原煤有明显提高;N2/H2O处理后煤样的CO2吸附能力与原煤一致，表明SCCO2与煤接触会使煤结构发生不可逆的变化而导致其吸附量增加。尽管通过火焰光度检测器和质谱检测器分析了SCCO2的萃取产物，红外光谱分析了萃取前后煤样表明结构变化，但这些变化不能说明SCCO2作用引起的吸附量变化的真正原因，需用更有效的检测手段来表征。