超臨界二氧化碳-水-玄武岩相互作用的實驗地球化學研究

《超臨界二氧化碳-水-玄武岩相互作用的實驗地球化學研究》是依託南京大學，由趙良擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超臨界二氧化碳-水-玄武岩相互作用的實驗地球化學研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：趙良
• 依託單位：南京大學

項目摘要

減少工業CO2的排放是本世紀應對氣候變化的重要挑戰之一。玄武岩油氣田為解決此問題提供了一個良好的場址。將超臨界CO2注入玄武岩油氣田，既可以提高採油率又可以封存CO2，同時CO2與玄武岩反應轉變為穩定的碳酸鹽礦物，此舉降低了成本，也增加了封存的安全性。如何提高超臨界CO2與玄武岩的反應速率成為研究的重點。但此前的研究主要集中在溶解於水中的CO2與玄武岩反應的體系，很少觸及以CO2為溶劑的體系，而當CO2灌注入玄武岩後，此體系將在因密度差異而分層的超臨界CO2-水界面以上普遍存在。鑒於此，本研究通過自我研發的超臨界CO2反應裝置，探究超臨界CO2與玄武岩發生的碳酸鹽化反應機理問題，對玄武岩所含的主要造岩礦物與玄武岩岩芯分別進行動力學研究，獲取反應速率常數，利用地球化學軟體模擬玄武岩與超臨界CO2的反應過程，對比試驗數據結果，建立和完善CO2水岩反應理論模型。

結題摘要

本項目圍繞“超臨界二氧化碳-水-玄武岩相互作用的實驗地球化學研究”，主要採用X射線衍射、漫反射紅外光譜、拉曼光譜、場發射掃描電鏡、ICP-MS等手段，研究了富鎂礦物岩石在超臨界條件下碳酸鹽化反應的整體進程，並對其中的礦物溶解、晶體成核與生長過程進行了細緻研究，強化其對二氧化碳礦物化封存的指示意義。此外，還特別針對富鎂礦物溶解後產生的溶液利用提出了一套完整的利用方案。研究成果的主要創新點包括：1、採用自主設計搭建的用於研究超臨界CO2反應的裝置進行實驗，研究發現：影響玄武岩碳酸鹽化反應的動力學的因素有很多，包括玄武岩表面積，HCO3-濃度，溶液與岩石比例，以及反應周期；2、利用自主研發的原位拉曼反應裝置研究水鎂石與scCO2在不同體系下的反應，結果表明：水的極性作用和質子作用都起到促進水鎂石和scCO2反應的作用。質子作用的主要方式為作為反應物之一參與到反應中，而極性作用則是充當催化劑的角色。3、改進了經典成核理論，考慮了表面電荷對表面能以及團簇聚合的影響，可以更好的預測三水菱鎂礦的誘導時間，更深刻的理解三水菱鎂礦的結晶過程，更有利於尋找在工業過程以及地球工程中加速三水菱鎂礦結晶的方法。更重要的是，建立了可以運用到大多數非Kossel礦物一套理論體系，研究溶液化學組分對其成核的影響。4、建立鎂碳酸鹽結晶熟化模型，提供了一種實用的手段來在有限的實驗過程中通過擬合數據來近似得到熱力學同位素平衡值。5、建立一套相對完善的礦物固碳工藝流程，完善了包括固液分離、NH4Cl分離等工序，實現了整個工藝流程的貫通，為建立示範工程打下基礎。