테트라하이드로푸란으로 개질된 다양한 등급 석탄에서 기공 구조가 메탄 흡착 및 확산 특성에 미치는 영향

심부 탄층의 낮은 투과성과 어려운 탈착 특성은 석탄층 메탄(CBM) 회수 효율을 저하시킨다. 테트라하이드로푸란(THF) 개질은 CBM 회수 효율을 향상시킬 수 있으나, 그 기전은 추가 연구가 필요하다. 서로 다른 세 등급의 석탄 샘플을 대상으로 저온 질소 흡착, 메탄 등온 흡착 및 메탄 초기 속도 시험을 수행하였다. Brunauer-Emmett-Teller (BET), Barrett-Joyner-Halenda (BJH), Langmuir 및 Frenkel-Halsey-Hill (FHH) 이론 모델과 결합하여, THF 개질이 석탄의 기공 구조, 메탄 흡착 및 확산 특성에 미치는 영향을 조사하고, 세 가지 변화 간의 정량적 관계를 추가 분석하였다. 결과에 따르면 THF 처리 후 실험 석탄 시료의 미세기공 비율은 감소하는 반면 중간기공 비율은 증가하며, 특정 표면적 감소, 평균 기공 크기 확대, 프랙탈 차원 D1 감소, 기공 표면 평활화 경향이 동반되었다. 최대 최종 메탄 흡착 용량 감소율은 26.56%에 이르며, 초기 메탄 확산 속도도 유의미하게 감소하였다. 그러나 THF 개질은 석탄 매트릭스의 메탄 흡착 기전과 방출 모드를 변경하지 않았다. Langmuir 부피 상수는 프랙탈 차원 D1 증가와 함께 증가하며, 초기 메탄 확산 속도는 Langmuir 부피 상수와 선형적 양의 상관관계를 나타냈다. THF는 "용해 및 기공 확장"과 "표면 개질"이라는 이중 기전으로 메탄 흡착 부위를 감소시키고 기공 연결성을 개선하여 흡착된 메탄의 탈착과 침투를 촉진한다. 본 연구 결과는 낮은 투과성과 고가스 함량 탄층에서 CBM의 효율적 추출을 위한 이론적 근거와 기술적 통찰을 제공한다.