超临界CO2(ScCO2)萃取可以减弱煤中有机物的分子间作用力,破坏非共价键,使小分子化合物从煤的大分子结构中脱离.因此,将ScCO2萃取作为一种预处理手段来提高煤的生物可利用度,具有增产生物煤层气的潜能.以褐煤为研究对象,开展不同温压下ScCO2萃取及生物降解产甲烷实验,明确萃余煤与萃取物的产甲烷效果、ScCO2对褐煤的萃取能力及萃取物组成;通过与非超临界CO2处理比较,结合萃余煤的二氯甲烷(DCM)二次萃取、低温液氮吸附实验,分析ScCO2萃取增产生物煤层气的机理.结果显示,不同温压条件下的萃余煤生物甲烷产量均高于原煤,最佳产气的萃取条件为40℃-10 MPa,每克煤的最大甲烷产量为245.46μmol,高出原煤84.68％.萃取物含有微生物可利用有机物,厌氧降解实验证实了萃取物具有产甲烷能力.因此,ScCO2萃取能够促进褐煤的微生物降解、提高生物甲烷产量.此外,非超临界CO2处理后的残煤甲烷产量显著低于ScCO2萃余煤,说明温压并不是刺激生物甲烷产生的主要因素,而ScCO2对有机物的萃取作用是其关键.然而,ScCO2的萃取率较低且DCM二次萃取后仍检测到丰富的生物可利用的有机物,表明有机成分经ScCO2作用后仍大量残留于煤体.低温液氮吸附结果显示,萃余煤的总孔容和比表面积降低,孔隙结构分布发生变化,说明萃取物经ScCO2携带发生运移、吸附,导致大部分有机物残留于煤中.以上研究结果表明,ScCO2萃取作用于煤中有机组分,导致部分有机物与煤体分离;而大量生物可利用有机物在煤体中发生运移、重排,提高了残煤的生物有效性,从而提高生物甲烷产量.
微生物增产煤层气 超临界CO2萃取 褐煤 生物可利用有机物 孔隙结构