深海所研究團隊揭示硫化氫水合物的形成特征及熱力學穩定性
相比于甲烷水合物，硫化氫水合物熱力學、動力學方面的基礎研究還比較缺乏，而自然界的天然氣水合物往往是多種氣體的混合物（如含有硫化氫、二氧化碳），相關基礎研究與環境、能源問題密切相關。針對硫化氫水合物的微觀特征及熱力學穩定性問題，深海極端模擬實驗室蔣磊團隊通過采用熔融毛細硅管原位觀測和激光拉曼光譜技術相結合的方法完成兩項研究成果，分別發表于《ACS Omega》和《Chemical Engineering Journal》。
過冷度對微孔隙內水合物的形成特征有較大的影響，高過冷條件下毛細硅管中水-氣彎液面會先形成水合物光環，并向兩側生長，水合物以肉眼不可見的微晶、纖維狀和針狀晶體形態為主；中等過冷條件下水合物晶體以柱狀多面體和骨架晶體為主，水合物的轉化率要低于高過冷條件；低過冷條件下水合物以塊狀多面體形態為主，包括立方體和八面體。同時，該研究首次發現微孔隙內水合物能夠以“橋接”方式連接。相關研究成果發表于《ACS Omega》，“Crystallization Behavior of the Hydrogen Sulfide Hydrate Formed in Microcapillaries”(DOI: 10.1021/acsomega.1c01051)。文章第一作者為深海所博士研究生孫既粵，通訊作者為蔣磊研究員。
空心水合物“橋接”現象
另外，研究團隊測量了H2S水合物在多種電解質溶液中的分解條件。實驗結果表明，電解質濃度與抑制效應呈正相關；相同濃度條件下，MgCl2具有最強的抑制效果。在實驗數據基礎上，該研究建立了相關的熱力學模型，準確地預測出H2S水合物在不同電解質溶液中的分解條件，并給出了相應的分解焓。在機理分析方面，通過拉曼光譜手段揭示了電解質通過改變溶液中氫鍵強度來影響水的活度，從而影響水合物的相平衡條件。相關研究成果發表于《Chemical Engineering Journal》，“Experimental measurement and thermodynamic modeling of dissociation conditions of hydrogen sulfide hydrate in the presence of electrolyte solutions”(DOI: 10.1016/j.cej.2021.133821)。文章第一作者為深海所博士研究生孫既粵，共同第一作者為西北大學孫睿教授，通訊作者為蔣磊研究員。
實驗方法示意圖
實驗結果與水合物熱力學模型對比結果
