微波辐射对霍州煤碳结构作用的FTIR研究

选择山西霍州煤进行915MHz微波辐照实验，对微波辐射后表层煤样、底层煤样进行FTIR解析，并与原煤样进行对比分析，研究微波辐射对煤中碳结构的影响。结果表明：霍州煤中芳香结构主要以苯环的二、四取代物形式存在，两者占芳香结构的73.58%，可见煤的缩合程度较低。脂肪结构主要以甲基(—CH3)和亚甲基(—CH2)结构存在，其中，—CH2在总脂肪结构含量中的占比达到77.43%，因此，原煤样品中存在有较多的烷基侧链。经过915MHz微波辐射过后，芳香结构中苯环单取代物和苯环五取代物含量降低，苯环二取代物和四取代物含量上升。微波辐射对煤样结构具有影响，辐射后表层、底层煤样与辐射前煤样相比，脂肪结构中—CH2对称与不对称伸缩振动产生的吸收峰相对含量分别上升了3.77%和10.75%，—CH伸缩振动和—CH3的不对称伸缩振的相对含量分别下降了3.26%、5.68%和0.51%、1.81%。     

哈尔乌素矿区6号煤FTIR特征

采用傅里叶变换红外光谱仪对采自哈尔乌素矿区6号煤层中的4个样品进行了红外光谱(FTIR)分析。通过对红外光谱曲线的分峰拟合,可以得到样品中官能团种类与含量的信息。结果表明:哈尔乌素矿区6号煤中苯环二取代是芳香烃的主要结构;亚甲基、甲基、次甲基含量依次降低,煤中烷基侧链较多,支链化程度高;羟基的主要存在形式是自缔合羟基氢键;在醚氧、羰基和羧基三种含氧官能团中,醚氧的含量最高。通过对样品红外结构参数和最大镜质体反射率之间相关性的探讨,发现红外结构参数的变化与煤化作用过程第一次跃变的发生存在密切关系。     

高阳炼焦煤碳、氧结构研究与光谱学表征

通过对山西高阳炼焦煤煤质分析及¹³C交叉极化/魔角旋转-核磁共振(¹³C CP/MASNMR)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)的联合解析,获取煤中芳香结构、脂肪结构、羟基基团、含氧官能团结构特征,以及芳碳率、芳氢率、芳核平均结构尺寸(Xb)等煤结构单元基本参数。研究结果表明,高阳炼焦煤中芳碳率为0.73~0.77,芳核平均结构尺寸Xb为0.43。苯环五取代、苯环四取代和苯环三取代是高阳煤中主要的芳香烃结构,占比分别为41.42%,30.65%和19.82%。亚甲基是高阳煤中最主要的脂肪烃结构,占比达到41.85%,甲基和次甲基含量分别为29.86%,28.29%,说明煤中含有较多的烷基侧链和环状脂肪烃。羰基和酚羟基是煤中最主要的含氧官能团,与芳环上π电子形成的羟基π氢键占煤中羟基结构的73.20%。在芳香烃碳原子个数为118的高阳炼焦煤分子模型中,脂肪烃碳原子个数为25~32,其中,甲基碳、亚甲基碳、次甲基碳、羰基和羧基的个数分别为7~8,9~11,6~8,5。氧原子个数为7,其中,羰基和酚羟基为6个,醚氧键和有机硫中的砜或者亚砜结构共用1个氧原子。构建高阳炼焦煤精准大分子模型需要更多的碳、氧原子个数,因此,必须对煤中硫、氮等杂原子结构做进一步的分析。     

不同变质程度煤的化学结构红外光谱研究北大核心

利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)实验及分峰拟合技术,对3种不同变质程度煤样进行官能团的定性与定量研究,计算并分析红外光谱结构参数。结果表明:随煤样变质程度的加深,羟基官能团逐渐增大,羟基-N与环氢键含量减少,羟基-π含量增多;在脂肪烃中,甲基含量升高,次甲基含量下降;含氧官能团逐渐减小,C=O呈下降趋势,羧基在低变质程度煤中含量最高,高变质程度煤几乎不存在羧基;芳香烃逐渐减小,芳香烃主要以三、四取代为主;随变质程度的提高,脂肪侧链长度变短,支链化程度提高,有机质成熟度提高,碳骨架更加松软;煤变质是脱氧、富碳的过程,高变质程度煤的芳碳率、芳氢率、芳香度和缩合度更高,使得煤中结构单元排列更加规则有序,结构更加稳定。     

准东次烟煤在H2O2水溶液中的氧化解聚

H2O2氧化不仅可以用来研究煤的结构,也可将煤转化为高值化学品,是一种有前景的低阶煤利用方法。中国目前储量丰富的低阶煤资源是准东次烟煤,特对H2O2氧化准东次烟煤进行研究,为其利用提供基础数据。利用H2O2氧化解聚准东次烟煤,采用N2吸附仪和FTIR分析其物理化学特性,采用热重分析仪(TG)分析其燃烧特性,并采用GC/MS对氧化产物的组成进行分析。结果表明,随着温度的升高,转化率增大。当温度为80℃时,转化率达到45.67%。通过H2O2与准东次烟煤的反应,可破坏煤中的孔隙结构,降低比表面积和总孔容,引起煤颗粒收缩,使煤结构变得致密;可断裂煤中的桥键和C-O醚键,并促使芳香结构开环。氧化残煤中的灰分含量降低,N和S含量降低,挥发分含量增加,H/C和O/C原子比增加。和原煤相比,氧化残煤中脂肪侧链变长,脂肪支链减少,CO含量增加,C-O含量和脂肪族氢含量减少。同时,氧化残煤较好地保持了原煤的燃烧特性。GC/MS检测到氧化产物中含有14种物质,包括2种链烷酸、2种苯羧酸、5种烃类、4种含氮或含硫物质和1种酯类。在所检测的物质中,(Z)-二十二碳-13-烯酰胺、二(6-甲基庚基)邻苯二甲酸酯和棕榈酸的含量最高。检测的含氮或含硫物质揭示准东煤中有机氮和有机硫的存在形式包括酰胺、磺酸和磺酰。     

富氧条件下温度对煤焦结构中官能团和孔隙结构变化影响的实验研究

以典型贵阳贫煤为研究对象,利用管式炉获取贵阳煤在富氧条件(氧浓度为24%)燃烧过程中不同温度下的煤焦样,用FTIR方法、氮气低温吸附法和SEM等多种手段研究其在燃烧过程中不同阶段煤焦官能团和孔隙结构的演化情况。结果表明:贵阳煤中存在羟基、脂肪族、含氧官能团等多种基团,随着燃烧温度的上升,煤焦中羟基和脂肪族相对含量降低,含氧官能团中醚键相对含量上升;贵阳煤具有较连续的完整孔系统,在燃烧过程中孔的形状和结构不断变化,煤焦比表面积和小孔数量经历一个先增大后减小的过程。     

陕北侏罗纪煤不同显微组分的分子结构特征

为查明陕北侏罗纪煤镜质组与惰质组大分子结构特征及差异,运用X射线衍射分析（XRD）、傅里叶红外光谱（FTIR）对煤的大分子结构、芳香烃、脂肪烃以及含氧官能团等进行表征,计算了原煤及不同煤岩组分分离物中红外光谱结构参数。结果表明,富镜煤的XRD谱图不对称性高于富惰煤,富惰煤芳香层片面网间距d002小于富镜煤;富惰煤的芳香度、La和Lc均大于富镜煤与原煤,前者芳香层片堆叠的有序程度及芳香环的缩合程度较大;富镜煤中苯环四取代含量最高,表明其缩合程度高并含有较多的支链;各煤样脂肪结构均以亚甲基为主,且具有较多的烷基侧链,而富惰煤中亚甲基含量相对较少,归因于脂族结构断裂程度不同;富惰煤呈现富碳、贫氢、少氧,高芳碳率、芳香度、缩合程度和成熟度,含有较多的C=O结构,生烃潜力较富镜煤弱。研究为煤炭清洁高效利用提供了科学依据。     

伊敏褐煤不同化学组分结构特征的红外光谱研究

借助傅里叶变换红外光谱仪对伊敏褐煤不同化学组分的结构特征进行了分析,并运用origin7.5软件对伊敏褐煤不同化学组分红外光谱曲线进行了分段分峰拟合,计算了伊敏褐煤不同化学组分的红外光谱结构参数。结果表明,脱灰后伊敏煤的羧基振动强度增强,由原煤中的肩峰变为尖峰,脂肪CH和芳香CH的振动也均受到影响,表现为,苯环四取代增多,苯环二取代减少,脂肪CH2振动减少,脂肪CH3振动增加,结构参数I1,I2和A值均增大,表明其具有良好的潜在生烃能力;腐殖酸和沥青质中的羧酸及OH-π氢键含量较高,芳香结构中苯环四取代和苯环一取代较多,脂肪CH振动所占比例较高,而不对称CH2振动所占比例较低,红外光谱结构参数的计算结果显示腐殖酸的脂肪氢浓度最大,说明腐殖酸和沥青质中含有的脂肪烃其长度较短,且支链化程度较高;残煤中的芳香CC振动较大,脂肪烃以长链为主,且支链较短。     

胜利褐煤热解过程中结构演变及气体生成机理分析

褐煤的热解反应是褐煤利用的重要研究方向之一。为了分析褐煤热解过程中结构演变及气体生成机理,首先将胜利褐煤（SL）在固定床上进行热解制焦,利用800 ℃时SL热解气体生成速率曲线选取半焦终温,同时用气相色谱在线检测其所生成的热解气;其次结合煤焦傅里叶变换红外光谱（FT-IR）的表征进行分析,将半焦的FT-IR分峰拟合计算;最后将计算参数结合热解气生成规律,提出了热解升温过程中各反应阶段生成气体机理和气体生成过程中煤体结构的演变规律。结果表明,SL具有羟基、脂肪烃、芳环、羰基、醚键等丰富的官能团,热解温度低于350 ℃,胜利褐煤中主要官能团未发生明显变化;350~450 ℃,脂肪族侧链含氧官能团分解,热解温度450 ℃比350 ℃时煤焦中C〖CDS1〗O相对含量（C1）降低78%;560~800 ℃,热解反应主要以芳香烷基侧链含氧官能团裂解为主,热解温度800 ℃时煤焦中C-O相对含量（C2）比560 ℃时降低27%;热解温度710~800 ℃时,煤热解以缩聚反应为主,热解温度800 ℃煤焦中芳香稠和度（D2）比710 ℃时升高65%。对4种热解气生成过程进行研究分析,CO2主要来源于中低温区煤中不同结构的羧基官能团分解;高温区生成CO,来源于煤中酚类、醚类、含氧杂环等结构的分解;CH4主要由芳环侧链的甲基、亚甲基或连接芳环结构亚甲基的分解;高温区产生的约60%H2主要来自于煤中芳香结构的缩聚反应。     

沁水盆地北部中高煤阶煤结构的FTIR特征研究

为了研究中高煤阶煤中官能团的变化特征,以采自沁水盆地北部不同变质程度的10个煤样为研究对象,采用傅里叶变换红外光谱仪对样品进行了红外光谱(FTIR)分析。通过对FTIR曲线分峰拟合,可以获得煤中脂肪结构、含氧官能团和芳香结构的相对含量。研究结果表明:中高煤阶煤中,脂肪结构含量较低;芳香结构中,只有一个邻近氢原子的芳香环含量最高,芳香结构被替代的程度高;含氧官能团中,醚氧逐渐成为含量较高的含氧官能团,表明以醚氧形式存在的氧原子稳定性强。通过对煤样的最大镜质体反射率R_(max)进行测试,探讨样品红外结构参数与R_(max)的相关性,发现随R_(max)(1.1%～2.7%)的增大,芳香度增大,芳香结构的缩聚程度增加,反应生烃潜力的‘A’因子降低,表明在此阶段煤化作用的结果是芳香烃类物质增多。     

煤表面活性特征结构对3个氧分子的吸附研究

应用分子轨道理论研究煤活性特征结构对3个氧分子的吸附机理。通过计算得到煤活性特征结构对3个氧分子的吸附均属于物理吸附,1个氧分子在煤表面含氮的侧链吸附,其余的氧分子被苯环所吸附,煤活性特征结构苯环对氧分子的吸附位置位于苯环的正上方,而含氨基侧链对氧的吸附位置位于C-N键的正上方,且氧原子与N原子的距离较近。吸附引起的电子转移使氧分子O-O键的强度减弱,键长拉大。吸附在含氨基侧链上的氧分子的净电荷发生了较大的改变,证明侧链对氧的吸附是一种比较强的相互作用,由于吸附在侧链的氧分子的最高占据轨道得到了大量的电子,削弱了O-O键的作用,导致O-O键的键长拉长的作用比较明显。     

不同变质程度煤样活性基团变化与传热特性研究

为了探究不同变质程度煤样中活性基团与传热性质的变化与联系，利用红外光谱技术和激光导热技术研究了4种不同变质程度煤样的活性基团和热物性参数变化。结果表明：随着煤变质程度的增高，煤中的芳香族化合物和脂肪族化合物的百分含量逐渐升高，含氧官能团的百分含量逐渐降低；煤中的含氧官能团以醇、酚和醚为主；随着温度的升高，煤的热扩散系数先降后升，而比热容和导热系数整体呈不断升高的趋势；煤的热物性与煤的变质程度和工业分析数据有关。皮尔逊相关系数计算结果表明，—C＝C—、—CH₃、—CH₂—、脂肪—CH与热扩散系数和导热系数的负相关性较强，而—C＝O与热扩散系数和导热系数的正相关性较强，—OH则与比热容存在良好的负相关关系。     

不同处置方式煤表面化学结构的傅里叶红外光谱分析

为研究气体解吸、常温氧化和高温氧化3种不同处置方式下CO生成煤表面化学结构的变化特征,采用傅里叶变换红外FTIR)光谱仪,对3种不同变质程度煤样在氮气环境解吸72 h、25℃氧化72 h和100℃氧化10 h 3种处置方式前后固体颗粒试样的表面微化学结构及官能团进行检测,结果表明:在非氧化CO产生过程未发生化学反应,常温空气条件下低变质煤样和空气中的氧发生反应,脂肪烃含量降低,部分含氧官能团增加,1 379~1 373 cm~(-1)甲基谱峰变化较大,高变质无烟煤变化不明显,在100℃空气条件下低变质褐煤反应最明显,无烟煤反应程度低,主要为脂肪烃含量降低,苯类结构吸收峰稍有增强,研究凸显出了煤的表面活性基团在未进入燃烧阶段前氧化过程中的中介特征。     

煤表面自燃特性结构综述

根据近代煤化学结构理论,分析总结了煤低温氧化过程中煤表面化学活性结构的变化规律,发现:桥键、侧链中的甲基、亚甲基、羟基、羰基、醚氧键等自燃特性结构首先与氧发生作用,表现为脂肪烃类侧链及官能团的减少和含氧官能团的先增加后减少,同时伴随热量的不断产生,为煤自燃体系的持续反应奠定基础。可见,煤表面自燃特性结构的数量多寡和活性强弱对煤自燃的低温氧化阶段有重要作用。     

升温速率对不同变质程度煤自燃影响实验研究

为研究升温速率对不同变质程度煤自燃特性的影响规律,采用红外光谱仪和同步热分析仪,选取4种不同变质程度煤样作为研究对象,分析了煤的官能团结构、质量变化、热量变化并进行了氧化动力学计算。结果表明:随着变质程度增加,原煤中羟基含量增加;焦煤和弱粘煤具有明显的芳环-CH 3,弱粘煤中的芳环C=C与Ar-CO含量最多,焦煤的醚键含量较高;脂肪烃含量与变质程度关系不明显。升温速率增加,各煤阶的TG-DSC-DTG曲线均向高温偏移;升温速率对燃烧阶段的煤质量变化影响更大。褐煤相对于焦煤,热流率极值更高,瞬时放热更剧烈。升温速率越大,总放热量越小。通过外推得到了原始状态下煤的活化能,在氧化阶段,E HM相似文献   

毕节与龙岩无烟煤结构模型构建及表征对比研究

通过工业分析和元素分析测试技术,结合固体核磁共振碳谱(13 C-NMR)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)科学手段,对毕节和龙岩地区的无烟煤进行结构表征.结果表明:①毕节无烟煤结构的桥碳比为0.16;芳香族结构为苯环、萘和吡咯,个数分别为7、8、1;脂肪族结构由氧接脂碳和甲基构成,个数分别为4...     

煤自燃特征温度与微观结构变化及关联性分析

煤自燃灾害严重威胁了矿井的安全生产，掌握煤自燃微观基团和特征温度之间的关联性对煤自燃灾害的防治具有积极作用。为确定不同变质程度煤自燃过程中特征温度和煤微观结构的变化及相互联系，利用热重试验和傅里叶红外光谱实验分别测试了4种不同变质程度煤样自燃过程中的质量变化特性和微观结构，采用皮尔逊相关系数法确定了2者之间的联系。结果表明：随着变质程度的增大，煤中的芳香烃和脂肪烃含量增加，含氧官能团含量减少，3种类型的基团中含量最高的基团分别为C=C,—CH₃和—OH。变质程度高的煤失重曲线和特征温度逐渐向高温区移动，且各特征温度间的间距增大。煤自燃特征温度会随着芳香烃含量的增加而增加，随着含氧官能团含量的增加而降低。芳香烃含量越大，煤自燃越难发生，而含氧官能团则恰好相反。皮尔逊相关系数计算结果表明，随着温度的升高，正相关系数最大的官能团分别为C—H,C—H,C—H，取代苯，C=C和C=C，负相关最大的官能团分别为COO—,COO—,C—O—,COO—,—OH和—OH。整体而言，C—H与特征温度之间正向相关性最大，而COO—则与特征温度呈最大的负相关。特征温度的变化与最大官能团的...     

岩浆侵入后煤层物质组成及孔隙结构特征研究

为研究岩浆侵入后煤层物质组成和孔隙结构的变化规律,基于FTIR、XRD和低场核磁共振,研究了岩浆厚度、距煤层的距离对煤层的影响特征,并基于COMSOL软件模拟了煤层温度变化过程。结果表明：岩浆侵入使煤中挥发分含量下降,灰分含量增加,并增加了煤中矿物种类;煤层受热升温导致煤中羧基含量降低,酯类含量略有升高;V1、H1和H2三个试样发生热解,脂肪链长度缩短,但芳香结构无明显变化;热环境促使煤中孔隙发育,有效孔隙度增大,孔隙连通性增强;随热液流体渗入煤中的无机矿物改变煤矿物组分的同时,填充煤中孔隙,导致H1和V1试样饱水T₂谱面积减小,孔隙连通性减弱,不利于瓦斯在煤层中的运移;模拟温度低于300℃的试样不发生热解或仅发生轻微热解,侵入过程中所有试样的最高温度均低于600℃,对应试样中芳香结构聚合度无明显变化;岩浆厚度越大、距煤层距离越小,则煤层受热演化的程度越大,对应的温度更高,受高温影响的时间延长。     

氮化碳薄膜的红外光谱(FTIR)特性分析

对采用磁控溅射法制备的氮化碳(CN_x)薄膜进行了傅里叶变换红外光谱(FTIR)的测量与特性分析。结果表明,薄膜中含有C-N键、C==N键以及C-N键, 但样品中碳氮键总体数量偏少, N含量偏低, N/C比偏低。改变制备工艺条件, 薄膜中原子的化学结合状况会发生相应的变化。     

神华煤钌离子催化氧化解聚产物的FT-ICR MS分析研究

针对神华长焰煤初步开展了钌离子催化氧化法(RICO)的应用研究,对原煤进行降解反应并尝试运用高分辨电喷雾傅里叶质谱仪（ESI-FTMS）对氧化产物进行分析表征。结果表明,神华煤含有C-2～C-32烷基侧链和连接芳环之间的C-2～C-27亚甲基桥链,芳环缩合程度相对较低（主要以含有2～4个苯环的共轭结构为主）,有较多醚键连接的芳环结构及羟基（-OH）、羰基（CO）和甲氧基（-OCH-3）等含氧官能团存在。