长碳链OM（Aa、La和Da）促进了MH形成，而短碳链OMs（如Gly和Ala）则表现出抑制作用。然而，具有短碳链和苯环的Phe对MH的形成具有促进作用。这种现象可能归因于长碳链OM和含苯环OM在MH成核过程中降低吉布斯自由能，并在MH生长阶段诱导松散多孔的结构和爬壁现象，从而提高CH4的传质效率，进而提高MH生长速率。因此，具有较长碳链和疏水官能团的OM更有利于MH的成核和生长，而具有较短碳链和亲水官能团的OM则阻碍了MH的形成动力学。
图1 MH生成动力学曲线
图2为不同碳链长度的OM溶液对MH形成热力学性质的影响。热流曲线表明，随着初始压力的增加，冰的融化温度保持相对不变。相比之下，MH的分解温度随着初始压力的升高而升高。这种现象可归因于在更高的压力下破坏MH结构并从水合物相中释放CH4的难度增加，因此MH分解需要更高的温度。 不同浓度OM研究结果表明，高浓度的Aa和La可以促进MH的形成。相反，随着Gly浓度的增加，MH_Gly体系中MH的分解峰面积逐渐减小。当Gly含量为3 wt%时，MH的相平衡条件向较低温度和较高压力方向转移。这表明，随着浓度的增加，Gly对MH的抑制作用增强。
图2 MH热流曲线和相平衡曲线
基于原位中子衍射实验和X射线衍射实验分析了MH在有机质体系中的结构特性。误差（Rwp）低于9%（详见原文表1），表明精修结果与实验数据匹配，获得的晶胞参数可靠。在中子衍射结果中，获得sI型MH结构，a=11.973±0.004Å，以及六角形结构的冰，表明已经形成了稳定的MH。MH_La和MH_Da体系中MH的晶胞参数大于MH_Gly、MH_Ala和MH_Phe体系中的晶胞参数。结合分解阶段的热流曲线，很明显，长碳链OM增加了MH的分解峰面积，而短碳链OM减小了MH的分解峰面积。这一结果表明，短碳链OM通过减小MH晶胞尺寸来抑制MH的形成，而长碳链OM通过增加MH晶胞尺寸促进MH的形成。
图3 MH_Gly、MH_Ala、MH_Phe、MH_La和MH_Da样品的中子衍射谱；DIW、MH_Gly、MH_Aa和MH_La样品的XRD谱
研究成果发表在国际著名期刊Journal of Molecular Liquids。论文第一作者为中国石油大学（华东） 博士研究生袁宝，通讯作者为胡钦红教授，中国石油大学（华东） 为第一署名单位。该研究获得了国家自然科学基金、中国科学院青促会和深圳市优秀科技创新人才培养等项目经费支持。
论文信息：Bao Yuan, Meng Han, Yun Li, Pengfei Wang , Juping Xu, Wen Yin,Le Kang, Xin Tong, Songbai Han, Jinlong Zhu, Yusheng Zhao, Qinhong Hu. Effect of organic matter with various carbon chain lengths on methane hydrate formation: Kinetic, thermodynamic, and microstructural studies. Journal of Molecular Liquids 410 (2024) 125549. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2024.125549
