外加电场作用下煤制生物甲烷的条件优化试验研究 论文

为了满足日益增长的能源需求并减少温室气体对环境带来的影响，大力开发与利用煤层气变得越来越重要。外加电场是一项提高生物甲烷产量和二氧化碳捕获能力的新兴技术，能够有效提高底物降解率，增加甲烷产量。研究了不同电极材料和电压对煤制生物甲烷产量的影响，优化了增产条件，并通过傅里叶红外光谱（FTIR）分析了外加电场作用下，生物降解对煤结构的影响。相关研究如微生物提高煤层气产量模拟实验研究和外加电场强化煤制生物甲烷的条件优化试验研究也显示了类似的结果。

结果表明，阳极采用碳毡、阴极采用不锈钢(CS)、电压为1.2 V时，生物甲烷生成效果最佳。每克煤的最大生物甲烷产量为96.9 μmol，较电压为0 V条件下(38.0 μmol/g)提高了155%。这一发现与其他研究，如煤层应力敏感性对煤层气产量预测的影响中的结果相吻合，进一步证实了外加电场在提升甲烷产量方面的显著作用。

FTIR结果表明，与原煤相比，电压为0 V条件下产气结束后，残煤变化不明显；但在外加电场作用下，残煤中芳香官能团各特征峰的伸缩振动强度有所减弱，含氧官能团中的醚氧键和羧基、羰基出现大幅度降低，脂肪官能团中各特征峰的强度均明显低于原煤和电压为0 V条件下的残煤。更多关于煤层气与环境效应的研究，可以参考松藻矿区煤层气利用及环境效果评价。

以上结果说明在外加电场作用下，生物降解破坏了煤的芳环结构、含氧基团和脂肪组分。这表明外加电场能够显著强化煤制生物甲烷，为进一步提高煤制生物甲烷产量奠定了基础。这一发现不仅有助于能源开发，还具有重要的环境保护意义，相关讨论可以在煤层气开发技术综述中找到更多详情。