焦丽君

（1. 青岛职业技术学院海尔学院，山东青岛 266555；2. 中国石油大学新能源学院山东青岛266580）

气体水合物是一种气体分子或低沸点的液体分子，在低温高压条件下形成的，非化学计量的包络状晶体。客体分子如甲烷、二氧化碳、环戊烷、四氢呋喃等，被包络在由主体分子通过氢键形成的晶穴结构中，客体分子与主体水分子之间通过微弱的范德华力相互作用［1］。由于客体分子的尺寸不同，水合物结构主要有三种：sI型、sII型和sH型，如图1所示［2］。CO2气体分子尺寸处于4.3和5.3A之间，通常形成sI型水合物，其理想的化学计量比分子式为CO2· 5.75H2O［3］。当体系中有两种以上的分子时，大分子会优先占据大晶穴，Lee和Kim通过X射线衍射实验发现，当CO2和环戊烷两种客体分子同时存在时，系统形成了sII型水合物，环戊烷完全占据大晶穴，CO2占据小晶穴（晶穴占有率为62%）［4］。对于sII型水合物，当晶穴全部被占据时，化学计量式可以表示为X·5.66H2O。当只有大晶穴被占据时，化学计量式为X·17H20，如环戊烷水合物、R141b水合物、四氢呋喃水合物等。

表1 气体水合物晶体结构

最早被发现是氯气水合物，由Davy在1811年最早提出［5］。之后，人们发现这种水合物是一种非计量的笼形晶体结构，与冰的热力学性质差别较大［6］-［8］。由于气体分子被包络在水分子形成的笼形结构中，于1948年正式命名为包络状水合物（clathrate hydrate）［9］。关于CO2水合物的研究，主要集中在二氧化碳捕集、二氧化碳海底封存、置换法开采甲烷水合物、海水淡化、蓄冷储能等应用领域。随着全球变暖的加剧……