限域于 C8 接枝 SBA-15 中的 SI 型甲烷水合物:一种实现超快甲烷装载与卸载的高效存储系统
材料科学
2023-10-24 v1
摘要
将水与甲烷限域于疏水化 SBA-15 的中孔中,被证明可促进甲烷水合物形成。与合成态 SBA-15 相比,C8 接枝疏水化加速了甲烷在水合物中存储与释放的动力学。基于 TGA 与定量 NMR 光谱,C8 接枝密度确定为 0.5 groups nm。多核 1H-1H DQSQ 与 1H-1H RFDR NMR 通过展示接枝 C8 链与孔内侵入水物种间的紧密空间邻近性,为 SBA-15 中孔内 C8 链的存在提供了光谱证据。X 射线衍射表明在 SBA-15 C8 上形成了 I 型结构水合物。在 7.0 MPa 与 248 K 下,疏水化 SBA-15 C8 上的水-水合物转化率达 96%,而具有相近孔径、孔容与比表面积的原始 SBA-15 样品仅达 71%。笼形物负载量为 14.8 g g。二维相关 NMR 光谱(1H-13C CP-HETCOR、1H-1H RFDR)揭示水合物形成于 SBA-15 C8 孔内及颗粒间空隙中。在 SBA-15 C8 负载甲烷水合物初始结晶耗时数小时后,248 K 下的压力摆动过程可在数分钟内使甲烷从结构中脱附并重新吸附,且无需融化冻结水结构。快速装载与卸载甲烷在 19 个后续循环中均实现,动力学无损失。能够在无需重新冻结水的情况下采集气体并再生结构,相对于分别在 298 K 与 248 K 融化并再结晶水合物,实现了 50% 的节能。甲烷脱附后,利用 13C 与 2H NMR 光谱观察到少量残余甲烷水合物与一种非晶但局域有序的冰相共存。
引用
@article{arxiv.2310.14011,
title = {SI methane hydrate confined in C8-grafted SBA-15: A highly efficient storage system enabling ultrafast methane loading and unloading},
author = {Emile Jules Beckwée and Maarten Houlleberghs and Radu-George Ciocarlan and C. Vinod Chandran and Sambhu Radhakrishnan and Lucas Hanssens and Pegie Cool and Johan Martens and Eric Breynaert and Gino V. Baron and Joeri F. M. Denayer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.14011},
year = {2023}
}