【学术成果】陈树军教授团队在吸附-水合耦合法储存甲烷研究方面取得新进展

近日，我院陈树军教授团队在多孔介质吸附-水合耦合储存甲烷研究方面取得新进展，相关研究成果《Optimized adsorption-hydration hybrid methane storage: Study on methane hydrate formation controlled by the pores of mesoporous ZIF-8@AC composite materials》发表在《Fuel》（中科院二区TOP，IF=7.5）；《Kinetic analysis of adsorption-hydration hybrid CH₄ storage in mesoporous ZIF-8@AC: Study on the synergistic characteristics of temperature, CH₄/H₂O transport and hydrate growth》发表在《Gas Science and Engineering》（中科院二区，IF=5.5）；《Optimization of CH₄ storage strategies in ZIF-8@AC system based on characteristics of adsorption-hydration hybrid CH₄ storage kinetic and thermodynamic behavior》发表在《Energy》（中科院一区TOP，IF=9.4）。论文主要作者为陈树军教授和硕士研究生韩其林，ok138cn太阳集团为第一署名单位。该研究得到国家自然科学基金面上项目资助。

（1）高效吸附-水合耦合作用的ZIF-8@AC复合材料设计优化

利用分子动力学模拟与实验相结合的方法，系统研究了ZIF-8@AC复合材料中AC孔径和材料质量比对吸附-水合耦合储存甲烷性能的影响。对比了不同尺寸孔隙中协同作用强度以及吸附态和水合态甲烷的动态演化过程，明确了最佳协同作用效果的ZIF-8@AC及其AC的孔径大小。此外，通过材料复合、微观结构表征和吸附-水合耦合储存甲烷实验对不同材料质量比的ZIF-8@AC复合材料的吸附-水合耦合储存甲烷能力进行了对比，明确了材料质量比对ZIF-8@AC微观结构和吸附-水合耦合作用的影响。该研究为高效吸附剂的设计与优化提供了方法指导。

ZIF-8@AC质量比对吸附-水合耦合甲烷储存能力的影响

（2）阐明温度对ZIF-8@AC吸附-水合耦合作用的热刺激效应

通过水合物相平衡实验和吸附-水合耦合动力学，明确ZIF-8@AC体系中水合物稳定存在的温度调控区间，从甲烷储存容量、甲烷储存速率和水合物形貌演化等角度分析温度对ZIF-8@AC体系吸附-水合耦合作用的影响，对比不同含水量下温度对其甲烷储存能力的强化效果。研究表明，温度通过增强分子热运动刺激吸附-水合耦合作用，由于ZIF-8@AC体系协同作用和耦合阶段甲烷的传质机制，温度和含水量可诱发ZIF-8@AC体系呈现出两步耦合快速储存机制，从而显著改善材料的甲烷储存能力。

不同温度下ZIF-8@AC体系吸附-水合耦合储存甲烷性能及体系形貌

（3）揭示两步注气策略对ZIF-8@AC吸附-水合耦合作用的强化机理

通过差示扫描量热实验和吸附-水合耦合动力学实验，量化了甲烷储存过程中体系压力和热流的实时变化，分析了ZIF-8@AC体系吸附-水合耦合储存甲烷热/动力学特性，探究了初始压力和含水量对其吸附-水合耦合作用的影响。基于ZIF-8@AC体系甲烷传质及吸附-水合耦合机制，设计了两步注气策略以促进吸附诱导期甲烷的传质效果，从而强化吸附-水合耦合作用。该储存策略下ZIF-8@AC体系表现出优异的吸附-水合耦合动力学特性，并在保障高甲烷储存容量的同时削弱了储存热效应。该研究成果为适于吸附-水合耦合法的甲烷储存策略的设计优化提供了理论指导。

含水量和注气方式对ZIF-8@AC体系吸附-水合耦合储存甲烷热/动力学特性的影响

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.fuel.2026.138424

https://doi.org/10.1016/j.jgsce.2026.205887

https://doi.org/10.1016/j.energy.2026.140848