Effect of the Water Content on the Adsorption of CO2 and CH4 in Calcite Slit Nanopores: Insights from GCMC, MD, and DFT

吸附 方解石 油页岩 纳米孔 化学 化学工程 矿物学 化学物理 材料科学 纳米技术 物理化学 地质学 古生物学 工程类
作者
Detang Guo,Liehui Zhang,Xiaogang Li,Xu Yang,Yulong Zhao,Xin Chen
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:40 (1): 818-826 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.3c03011
摘要

It is significant to understand the adsorption mechanisms of shale gas (CH4) and CO2 in shale formations to enhance CH4 recovery rates and enable geological CO2 storage. This study provides a comprehensive investigation into the adsorption behaviors of CO2 and CH4 within dry and hydrous calcite nanopores, utilizing a combination of grand canonical Monte Carlo simulations, molecular dynamics simulations, and density functional theory calculations. In dry calcite slits, the calculated results for the adsorption capacity, density profile, and isosteric heat of CO2 and CH4 reveal that CO2 possesses a stronger adsorption affinity, making it preferentially adsorb on the pore surface compared to CH4. In hydrous calcite slits, calculating the adsorption capacity and density profile of CO2 and CH4, the results show that the gas adsorption sites become progressively occupied by H2O molecules, leading to a substantial decrease in the adsorption capacity of CO2 and CH4. Furthermore, by analysis of the adsorption energy and electronic structure, the reason for the reduction of gas adsorption capacity caused by H2O is further revealed. This work has a deep understanding of the adsorption mechanisms of shale gas and CO2 in calcite and can offer valuable theoretical insights for the development of a CO2-enhanced shale gas recovery technology.
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