超临界CO₂(ScCO₂)萃取可以减弱煤中有机物的分子间作用力,破坏非共价键,使小分子化合物从煤的大分子结构中脱离。因此,将ScCO₂萃取作为一种预处理手段来提高煤的生物可利用度,具有增产生物煤层气的潜能。以褐煤为研究对象,开展不同温压下ScCO₂萃取及生物降解产甲烷实验,明确萃余煤与萃取物的产甲烷效果、ScCO₂对褐煤的萃取能力及萃取物组成;通过与非超临界CO₂处理比较,结合萃余煤的二氯甲烷(DCM)二次萃取、低温液氮吸附实验,分析ScCO₂萃取增产生物煤层气的机理。结果显示,不同温压条件下的萃余煤生物甲烷产量均高于原煤,最佳产气的萃取条件为40℃-10 MPa,每克煤的最大甲烷产量为245.46μmol,高出原煤84.68%。萃取物含有微生物可利用有机物,厌氧降解实验证实了萃取物具有产甲烷能力。因此,ScCO₂萃取能够促进褐煤的微生物降解、提高生物甲烷产量。此外,非超临界CO₂处理后的残煤甲烷产量显著低于ScCO₂萃余煤,说明温压并不是刺激生物甲烷产生的主要因素,而ScCO₂对有机物的萃取作用是其关键。然而,ScCO₂的萃取率较低且DCM二次萃取后仍检测到丰富的生物可利用的有机物,表明有机成分经ScCO₂作用后仍大量残留于煤体。低温液氮吸附结果显示,萃余煤的总孔容和比表面积降低,孔隙结构分布发生变化,说明萃取物经ScCO₂携带发生运移、吸附,导致大部分有机物残留于煤中。以上研究结果表明,ScCO₂萃取作用于煤中有机组分,导致部分有机物与煤体分离;而大量生物可利用有机物在煤体中发生运移、重排,提高了残煤的生物有效性,从而提高生物甲烷产量。