天然氣水合物的熱力學(xué)研究關(guān)注水合物賦存的溫度、壓力等環(huán)境參數，而動(dòng)力學(xué)研究主要關(guān)注水合物形成及分解速率的影響因素。相關(guān)的應用基礎研究可為天然氣水合物的開(kāi)采、儲運提供基礎數據和理論支持。

中國科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所深海極端環(huán)境模擬研究室應用大體積藍寶石反應釜與熔融毛細硅管實(shí)驗平臺，結合拉曼光譜手段，開(kāi)展了甲烷水合物的熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)研究。研究發(fā)現，表面活性劑（CTAB）不會(huì )改變甲烷水合物的相平衡條件（圖1）。在微觀(guān)尺度（毛細硅管），CTAB對甲烷水合物的生長(cháng)速率無(wú)明顯影響；而宏觀(guān)尺度（藍寶石反應釜）的實(shí)驗過(guò)程表現出不同的特征。水合物形成初期，它的生長(cháng)過(guò)程與微觀(guān)實(shí)驗過(guò)程相似，CTAB無(wú)明顯影響；隨著(zhù)大量水合物的形成，氣體傳質(zhì)受阻，CTAB會(huì )明顯提升水合物的生長(cháng)速率。對比實(shí)驗的結果揭示了表面活性劑的作用機理，即通過(guò)降低表面張力，增大氣液固接觸面積，從而提高水合物的生長(cháng)速率。

圖1.甲烷水合物在純水與表面活性劑溶液中的相平衡條件

圖2.甲烷水合物階段生長(cháng)模式

結合微觀(guān)與宏觀(guān)尺度的實(shí)驗結果，該研究總結出兩階段水合物生長(cháng)模式——第一階段為顆粒分散生長(cháng)過(guò)程、第二階段為顆粒聚集生長(cháng)過(guò)程（圖2）。