(通讯员:谢敏俊仕)9月15日上午,应长江大学石油工程学院张菲菲教授邀请,加拿大阿尔伯塔大学Zhehui(Charlie)Jin教授来我院开展学术交流,在石油科技大楼C111并作题为《CCUS的分子尺度视角:热力学、界面与传递过程》(Molecular-Scale Perspectives across CCUS: Thermodynamics, Interfaces, and Transport)的学术报告。学院相关专业教师及研究生参加了此次学术活动。

报告中,Jin教授围绕碳捕集、利用与封存(CCUS)中的关键科学问题,从分子尺度出发,系统介绍了热力学、界面现象与物质传递过程对宏观工程行为的影响。他指出,CCUS是典型的多尺度、多物理场耦合过程,涉及从分子、孔隙到岩心乃至储层等多个尺度。虽然工程实践中通常关注采收率、封存容量和管道完整性等宏观问题,但吸附、溶解、相态、润湿性以及纳米限域条件下的传质行为等关键过程往往来源于分子尺度的相互作用。
就CO2捕集,Jin教授介绍了CO2在多孔材料中的热力学选择性和动力学选择性。他结合常见矿物纳米孔隙中CO2/CH4竞争吸附以及稀薄气体流动等研究案例,讨论了自由能、平衡态、矿物表面特性和分子结构特点对CO2捕集能力及吸附选择性的影响,指出碳捕集过程中常见的组分间的热力学偏好,可能受到限域条件下动力学分离机制的控制。
在CO2利用方面,Jin教授重点介绍了纳米限域环境下CO2和烷烃混合体系的相行为、CO2调控油相流动以及界面与配方设计等研究进展。研究表明,纳米孔隙中的限域效应能够显著改变CO2与烃类体系的相态及分子分布,CO2进入矿物纳米孔隙后往往首先在固体表面富集,随后进一步与油相混合,其形成的界面结构变化会直接影响油相运移过程。同时,通过CO2响应型表面活性剂及超临界CO2体系中的配方调控,可以从分子层面优化界面行为,为CO2驱油(EOR)、泡沫驱等提高采收率技术提供新的理论认识。
围绕CO2地质封存,Jin教授从润湿性、界面水结构、纳米孔隙中的溶解与吸附以及矿化反应等多个角度进行了深入讲解。储层岩石的润湿性并非固定不变,而会受到CO2压力、矿物表面化学性质及界面水结构等因素的共同影响。其中,矿物表面的薄水膜及氢键网络对流体界面行为具有重要调控作用。对于含水纳米孔隙,CO2封存也并非由单一机制控制,而是涉及限域溶解、界面分配、竞争吸附等多种机制。进一步考虑化学反应后,碳酸盐成核与生长等矿化过程又为CO2长期稳定封存提供了新的研究维度。
报告最后,Jin教授以“小球推动大球”为形象比喻,阐释了微观分子运动与宏观CCUS工程过程之间的内在联系。他强调,分子尺度研究的最终目的并非简单获得更多微观图像,而是通过揭示关键物理机制,为CCUS过程的科学解释、材料与体系设计以及多尺度工程研究提供更加可靠的理论基础。
报告结束后,Jin教授与现场师生围绕CO2地质封存、纳米限域效应、界面水结构、分子模拟方法及多尺度研究等问题进行了深入交流。本次学术报告内容丰富、视角前沿,加深了师生对CCUS过程中热力学、界面与传递机制的认识,为相关领域科研工作的开展提供了新的思路,也进一步促进了我院与国际同行之间的学术交流。
(审核:谢敏俊仕 编辑:喻选梅)