近日，题为《揭示水合物抑制机制：动力学水合物抑制剂与CH4气泡相互作用》（Resolving Hydrate Inhibition Mechanism: Interactions between Kinetic Hydrate Inhibitors and CH4 Bubble）的成果发表在Chemical Engineering Journal上，王志远教授和材料科学与工程学院的张军教授为文章通讯作者，钟杰教授为第一作者。
由于深水输气管道所处低温环境，极易形成水合物堵塞，造成严重的安全问题与经济损失。为避免水合物堵塞，通常在管道内加入水合物抑制剂。动力学抑制剂（KHIs）由于经济、环保的优势被广泛使用。迄今为止，科研人员已提出了KHIs两种主要抑制机理，分别对应于KHIs-晶核和KHIs-水溶液相互作用。然而实验中经常观察到与上述机制相反的现象，这表明两种机制均具有缺陷。为实现KHIs高效设计，亟需了解当前KHIs作用机制并指导其高效改性。
本研究发现水合物开采或天然气输送过程中所产生的CH4气泡能极大促进水合物成核，提出了一种基于KHIs-CH4气泡相互作用的新抑制机制。具体而言，KHIs可吸附在气泡表面以减缓CH4从气泡中的溶解过程：（i）降低溶液中CH4溶解度，减缓水合物晶核形成；（ii）阻碍CH4从气泡向晶核迁移，延缓水合物晶核生长。由于水合物晶核形成和生长均受到抑制，导致水合物形成所需诱导时间延长，临界晶核尺寸增加。这一新机制可成功解释PEO < PVP < PVCap < VIMA的实验抑制效率。基于上述发现，KHIs- CH4气泡相互作用可作为筛选和设计高效KHIs的关键标准，本工作可为水合物堵塞防治研究提供理论依据。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.151440