由人类活动排放的CO₂造成的全球气候变暖日益严重,CO₂减排势在必行。自利用气体水合物技术封存CO₂的方法提出以来受到了广泛的关注,对CO₂水合物的生成分解特性进行研究对于CO₂水合物封存技术的发展具有重大的意义。本文利用自主设计的水合物生成分解磁共振成像（MRI）实验系统,分别对气水界面处CO₂水合物膜和多孔介质中CO₂水合物的生成和分解过程进行了系统的实验研究。利用高场MRI系统对CO₂/水界面处水合物膜生长和分解过程进行了原位观察,测量了水合物膜的实时厚度,实验结果表明:CO₂透过水合物膜传质与水反应来实现水合物膜的增厚生长,缓慢降压能够增强水中溶解的CO₂向水合物界面传质,加快水合物膜的生长;记忆效应对水合物膜生长的促进作用仅限于水合物再生成过程的初始阶段,且记忆效应会随着水合物分解水在大气压力下放置时间的延长而逐渐减弱;水中水合物枝晶的生长取决于水中溶解的CO₂量;水合物膜从水相吸收潜热并从水相界面开始从下往上分解,水合物膜降压分解过程中会造成水相瞬时过冷而产生亚稳态结构的冰。利用低场MRI系统对不同粒径填砂模型中CO₂水合物的生成和分解过程进行了原位检测,采集了水合物生成分解过程的一维饱和度曲线和T₂谱分布曲线,实验结果表明:在同一温压条件下,水合物生长速率随粒径的增大而减小;当填砂粒径相同时,水合物生长速率随初始水饱和度的增大而减小;多孔介质中,大孔隙中水合物生成速率比小孔隙中快,且随着水合物的生成大孔隙逐渐转化为小孔隙,导致整体水合物生成速率逐渐降低;水合物的分解速率随填砂粒径的增大而减小,初始水合物饱和度对水合物的分解速率影响较小;大孔隙中水合物分解速率比较稳定,因此整体水合物分解速率相对稳定。利用T₂谱计算得出了水合物生成分解过程填砂模型孔隙结构对应的分形维数,结果表明,随着水合物的生成,分形维数逐渐增大,直至水合物生成结束而趋于一个定值;当初始水饱和度较大时,水合物生成过程中会出现分形生长阶段,且初始水饱和度越大,水合物分形生长阶段越长;相反,分形维数随着水合物的分解逐渐减小,并不断向孔隙结构的固有分形维数靠近,由于水合物分解速率比水合物生成速率快得多,在水合物分解过程不会出现分形阶段。上述研究成果为水合物的生长和分解动力学研究提供了重要的实验数据,并对水合物技术的进一步应用提供了理论支持。