半笼型二氧化碳水合物形成过程研究

Semi-clathrate hydrate can be used to capture carbon dioxide, which is the novel carbon dioxide separation technology, how to improve the carbon dioxide content in hydrate cages is the key. Based on research of macro and micro formation process of semi-clathrate hydrate which is formed with tetrabutylammonium salts and carbon dioxide, semi-clathrate-CO2 hydrates formation characteristics will be investigated, of two different systems of gas / liquid and gas / solid. Morphology and distribution characteristics of CO2 molecules in the hydrate cages will be tested with Raman spectroscopy, XRD and NMR , and crystal structure of semi-clathrate-CO2 hydrate also will be obtained. Base on the results above, formation mechanism, kinetic performance and tuning mechanism will be explained and revealed for semi-clathrate-CO2 hydrate, access to improve the CO2 capture efficient of semi-clathrate-CO2 hydrate will be achieved. Using molecular dynamics simulations, micro-formation process of semi-clathrate-CO2 hydrate will be studied, a MD model will be created, micro formation process and mechanism will be re uncovered. These results will provide the experimental data and theoretical support for CO2 capture technology with semi-clathrate hydrate.

利用半笼型水合物捕集二氧化碳是一种新的二氧化碳分离技术，如何提高二氧化碳在水合物中含量是其中的关键。本项目通过研究四丁基铵盐与二氧化碳形成半笼型水合物的宏观和微观过程，考察气/液和气/固两种不同方法对半笼型二氧化碳水合物形成特性的影响，利用拉曼光谱仪、衍射仪、核磁等仪器，测试二氧化碳分子在水合物笼中的形态和分布特征以及半笼型二氧化碳水合物的晶体结构和稳定性，阐明半笼型二氧化碳水合物的形成机理及动力学特性，揭示半笼型二氧化碳水合物形成的调控机制，获得提高半笼型水合物捕集二氧化碳效率的方法；利用分子动力学模拟研究半笼型水合物的形成过程，建立分子动力学模型，揭示半笼型二氧化碳水合物形成的微观过程，阐明微观形成机制。为水合物法分离捕集二氧化碳技术的发展提供实验参考数据和理论支持。

利用半笼型水合物捕集二氧化碳是一种很有前景的二氧化碳分离技术。项目研究了半笼型四丁基溴化铵（TBAB）/四丁基溴化磷（TBPB）+二氧化碳（CO2）混合水合物形成动力学特性，利用拉曼光谱仪、X衍射仪等对TBAB-CO2水合物的微观结构进行了分析，同时采用分子动力学初步研究了TBAB-CO2水合物的微观分子形成过程。结果表明：TBAB在较低的浓度时，CO2在水合物中含量较高；TBAB-CO2混合水合物可以与纯CO2水合物共存，一般晶体结构为nCO2·TBAB·38H2O，但TBAB浓度达到60%时，拉曼光谱显示有nCO2·TBAB·26H2O晶体结构存在；nCO2·TBAB·26H2O的晶体结构存在不稳定性，会在一段时间后转化成nCO2·TBAB·38H2O和纯TBAB晶体结构；在含有CO2分子的TBAB溶液中，TBAB倾向于与水分子形成储气能力大的nCO2·TBAB·38H2O结构。研究结果可为水合物法分离捕集二氧化碳技术的发展提供实验参考数据和理论支持。项目已经发表SCI论文13篇，申请发明专利3件，培养研究生3名。