润湿性异质性对部分水饱和沉积物中甲烷水合物生长动力学的调控机制

本研究通过调控沉积物颗粒表面润湿性（wettability）异质性，揭示了其对甲烷水合物（gas hydrate）生长动力学的关键影响。实验表明，疏水性（hydrophobic）颗粒会显著抑制水合物形成，其机制在于改变孔隙尺度水分分布，减少气-水界面面积并增加传质屏障。该发现为优化天然气水合物开采（NGH exploitation）和深海甲烷转化研究提供了新视角。

　　

Highlight

本研究系统探究了沉积物润湿性异质性对气体水合物生长动力学的调控作用——这一在以往均质润湿性（homogeneous wettability）体系研究中被长期忽视的关键因素。天然多孔环境（如海洋沉积物）因矿物组成、颗粒尺寸和有机质含量的差异而具有固有润湿性异质性特征。

Conclusions

通过将疏水性和适度亲水性（moderately hydrophilic）微粒引入亲水性二氧化硅粉末，我们构建了润湿性梯度体系。实验发现：

1. 1.

   疏水颗粒比亲水颗粒对水合物形成的抑制更强，且替代比例越高抑制效果越显著

2. 2.

   机理分析表明，润湿性异质性导致亲水区形成更厚水膜（water film），疏水区产生充气孔隙（gas-filled pores）

3. 3.

   这种水分重分布会减少有效气-水接触面积，同时增加气体传质阻力（mass transfer barrier）

该成果为优化天然气水合物资源开发、理解深海甲烷转化过程提供了重要理论支撑，同时为基于水合物的技术（hydrate-based technologies）研发开辟了新思路。