由脱灰煤制备富勒烯

以 3种高变质程度的中国煤为原料 ,用电弧等离子体蒸发法制备富勒烯 .富勒烯产品的表征采用质谱、紫外光谱和红外光谱等技术 .采用碱法脱灰技术对 3种煤进行脱灰处理 ,考察了脱灰前后煤样的灰分和相应炭棒中碳含量对富勒烯产率的影响 .结果表明 ,由实验所用煤种均可制得富勒烯 .原料煤本身的化学结构和组成对富勒烯的产率有明显影响 ,表现为富勒烯的产率随炭棒中碳含量的增加而增大 .煤中的矿物质对富勒烯的形成有很强的抑制作用 ,表现为富勒烯的产率随原料煤中灰分的增加而降低 ,这一变化趋势通过对介休焦煤进行不同程度的脱灰处理而得到进一步证实.     

不同煤级煤~(13)CNMR结构特性及演化特征

基于固体核磁共振(13C NMR)测试方法,对五类不同煤化程度的10种煤样进行分析测试,对谱图分峰后所得的结构参数进行研究,揭示了不同煤化程度煤中各官能团的存在形式及内在联系,阐明了各官能团结构演化规律.结果表明,脂肪碳和芳香碳含量整体呈互补关系,随煤化程度的加深,脂碳率下降,芳碳率上升.氧接芳碳和侧支芳碳含量减少,氧接脂碳含量增加;受煤化程度、构造应力和破坏类型等多方面因素的影响,其他结构参数变化趋势并不明显.     

不同变质程度煤的液化差异及其分子结构研究

对霍林河14煤、补连塔2-2煤和新疆41煤三个不同变质程度煤样,分别进行了加氢液化实验.结果表明,三种煤样的油产率和转化率高低顺序为霍林河14煤、新疆41煤、补连塔2-2煤,并采用红外光谱实验方法对三种煤样液化的差异进行了分析.分析认为,煤中芳香氢和脂氢强度的不同是导致不同煤液化转化率和油收率差异的重要原因;羟基和含氧官能团的丰度则对不同煤液化水产率的高低和气体产物中CO2和CO气体的多少具有较高的影响;此外,利用三个煤样的元素分析数据和红外光谱实验结果,采用Chem3D软件分别模拟建立了三种煤样的分子结构,通过与实验数据比较,认为所建立的煤分子结构比较合理.     

煤分子结构对煤层气吸附与扩散行为的影响

对煤的芳香单元延展度、芳香单元堆砌层数以及包括不同缺陷和含氧官能团类型的表面结构对煤层气吸附与扩散的影响进行了研究。采用Monte Carlo模拟方法及分子动力学模拟方法分别得到了煤层气的吸附量与扩散系数,模拟温度为303 K,压力为10 MPa。研究结果表明,单位质量的煤对甲烷的吸附量随着芳香单元堆砌层数的增加而降低,缺陷和含氧官能团的存在不利于甲烷的吸附。甲烷的扩散随着芳香单元延展度的增加呈现出一个N形的复杂变化过程,单缺陷和羰基的存在有利于煤层气的扩散,煤结构中大的裂隙更有利于煤层气的扩散。最后,基于煤层气的微观影响因素和宏观运移行为提出了煤颗粒径向不均质的煤层气扩散微观模型。     

宁夏庆华煤镜质组和惰质组显微组分的分子结构及对比分析

使用密度梯度离心法对宁夏庆华煤的显微组分进行分离,获得煤的镜质组和惰质组。通过元素分析、X射线光电子能谱（XPS）、固体¹³C核磁共振（¹³C NMR）技术、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）技术等表征手段对不同显微组分进行物性表征。进一步基于统计平均的分子结构近似结合分子模拟计算,确定庆华煤镜质组和惰质组显微组分的分子结构可分别表示为C₂₆₉H₁₉₆N₄O₁₃S和C₂₅₅H₁₇₉N₃O₁₄S。通过FTIR光谱与¹³C NMR光谱验证,从而实现了不同显微组分的分子结构描述。对两种显微组分的分子模型和结构参数进行了系统对比分析,发现镜质组的芳碳百分数为51.95,惰质组的芳碳百分数为62.16。镜质组模型中芳碳结构数目较少,脂肪碳结构丰富,不饱和度较小,还原度最大。惰质组模型中芳碳结构数量最大,脂肪碳结构数目少,不饱和度最大,煤化程度高。镜质组在原煤中含量高,是原煤的主要组成。惰质组的含量少且大分子结构缩合度高,分布在镜质组构成的基体中。     

洗煤过程中煤结构的变化

选用山西阳泉无烟煤、东北贫煤、云南小龙潭褐煤,通过洗煤制取煤样,低温灰化并采用XRF进行灰成分分析,结合傅里叶红外光谱法对煤结构进行分析,而且引入了红外参数来反映整个分子结构的变化。研究发现:水洗对煤中的矿物质脱除效果不明显,主要脱除的是可溶性物质,而酸洗主要脱除的是晶态SiO2,但是还有部分物质不能被脱除;随着煤阶的增加,煤中的矿物质与煤分子结构结合更紧密。煤化程度越低,煤结构中的基团越复杂,煤化程度高的煤中,谱图比较规律,在指纹区中,更能反映洗煤对煤结构的影响。对红外参数的分析说明了贫煤和无烟煤中脂肪度都很低,且主要以芳环碳骨架为主,而褐煤中存在很多支链结构。     

煤结构演化煤化度指标

通过对不同煤化程度煤样的镜质组反射率测定和X衍射等实验,引入煤化度p的概念,对煤的化学成分及微晶结构进行分析,发现煤化度p随煤化程度的升高呈阶段性演化特征,并能规律地反映煤演化过程中成分结构的变化,表明煤化度是表征烟煤阶段煤化程度的可靠指标;在中低煤化程度阶段,煤岩组分是影响煤化度的主要因素:丝炭具有一定的微晶结构,镜煤微晶化程度较低,而树脂煤结构不能用煤化度来描述.     

酸洗脱灰对抚顺琥珀煤结构的影响

抚顺琥珀煤采用HCl-HF-HCl分步脱灰,应用傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析琥珀煤脱灰前后结构变化,利用Origin软件对红外光谱进行分峰拟合处理。结果表明,酸洗脱灰对煤中化学结构产生影响。琥珀煤酸洗后,灰分降到0. 95%,煤中芳环结构取代方式改变;含氧官能团中酚羟基和羧基吸收峰强度增加;脂肪官能团中CH伸缩振动明显增加,脂肪链长度增加,侧链减少。     

煤热解特性研究

对大雁、协庄和昔阳3个不同煤化程度的煤样，在N2，CO2和水蒸气3种不同气氛及不同温度下进行了热解研究，考察了煤化程度、热解气氛和热解温度对煤热解产物产率和热解气性质的影响规律．研究表明，对上述3个煤样，随煤化程度加深，焦产率增加，油和气产率一般随煤中挥发分增加而增加，但又与煤的大分子结构、热解温度和加热速率等有密切关系；干馏气组成H2和CH4含量协庄煤样最高，而(CO CO2)含量因煤中氧含量的降低而下降．与N2气氛相比，CO2和水蒸气气氛中半焦产率下降，气产率增加；油产率水蒸气气氛下最高．H2组分含量在水蒸气气氛下最高，而CO，CH4和烃类C2～C5组分则最低．LHV在N2，CO2和水蒸气气氛下逐次降低．     

煤的工业分析及其影响因素

煤的工业分析包括煤的水分、灰分、挥发分以及固定碳的分析[1]。本文介绍了煤的水分、灰分以及挥发分含量的测定方法,由于固定碳含量通过计算求得,本文不做介绍。其中,影响水分测定的因素有煤样状态、环境湿度等;影响灰分测定的因素有温度、冷却时间等;影响挥发分测定的因素有煤化程度、煤岩组成、煤的粒度以及升温速度等。为了提高测定的准确度,必须正确分析各测定项的影响因素。     

煤吸附常数的影响因素分析

通过对烟煤和无烟煤各煤级173个煤样的平衡水分、灰分、挥发分产率、显微组分、镜质体反射率和吸附常数的综合研究,探讨了煤吸附常数的影响因素,揭示了不同影响因素条件下等温吸附常数的变化规律。结果显示:煤变质程度相近时,平衡水分含量增加,灰分(干基)含量增加,温度升高,吸附常数a有线性下降的趋势。a值与烟煤和无烟煤的镜质组含量及镜质组反射率呈一定的正相关趋势,与挥发分产率呈一定的负相关趋势。b值与烟煤和无烟煤的镜质组反射率呈一定的负相关趋势。各煤级吸附常数a平均值呈较好一次正相关线性关系,吸附常数b平均值呈较好的二次负相关线性关系。     

煤的原子分子结构及吸附甲烷机理研究进展

总结了煤的原子径向分布与微晶结构、稠环芳烃的电子光谱规律与煤的颜色间的关系、煤与CH4分子的相互作用、无烟煤及其炭化样吸附／解吸甲烷的热力学和动力学过程等内容的研究与发展，结果表明：(1)低阶煤的微晶参数d002，Ic和Ia随含碳量呈阶段性变化，其微晶结构特征与纤维素的结构有关，并可用煤化度p定量描述煤化过程中煤的微晶结构变化。(2)煤中存在13个苯环以上稠环芳香结构单元，(3)甲烷分子与煤表面的相互作用各向异性，最大作用势(吸附势)为2．65kJ／mol，旋转势垒为1．34kJ／mol，预计吸附振动光谱的跃迁基频为53cm^-1。(4)煤对甲烷的饱和吸附量几乎不随温度变化，炭化样与活性炭的饱和吸附量则随温度的降低而线性增大；从煤制备的炭化样，以及活性炭的吸附热都接近甲烷液化热，而煤的吸附热则高出近一倍。(5)煤层(粒)吸附解吸甲烷的动力学过程可用通用的一级组合模型和实用的吸附(解吸)扩散控制模型来描述，其三常数动力学公式中的初始吸附(解吸)率Q0／Qmax可作为煤与瓦斯突出预测指标。(6)甲烷在无烟煤中的扩散系统为～10^-10cm^2／s，扩散活化能为14．3kJ／mol；甲烷在煤中的扩散实为通过微孔的流动。     

煤分子结构对煤层气吸附与扩散行为的影响

对煤的芳香单元延展度、芳香单元堆砌层数以及包括不同缺陷和含氧官能团类型的表面结构对煤层气吸附与扩散的影响进行了研究。采用Monte Carlo模拟方法及分子动力学模拟方法分别得到了煤层气的吸附量与扩散系数,模拟温度为303 K,压力为10 MPa。研究结果表明,单位质量的煤对甲烷的吸附量随着芳香单元堆砌层数的增加而降低,缺陷和含氧官能团的存在不利于甲烷的吸附。甲烷的扩散随着芳香单元延展度的增加呈现出一个N形的复杂变化过程,单缺陷和羰基的存在有利于煤层气的扩散,煤结构中大的裂隙更有利于煤层气的扩散。最后,基于煤层气的微观影响因素和宏观运移行为提出了煤颗粒径向不均质的煤层气扩散微观模型。     

低变质煤红外光谱表征的研究

用傅立叶变换红外光谱法技术(FTIR)对五种典型中国低阶煤样的官能团结构进行表征.结果显示,红外光谱技术可作为一种研究煤官能团结构的快捷方法,可以初步推测煤的变质程度,煤的大分子相结构与小分子相结构在一定程度上存在着可关联性,这种可关联性因煤种而异.     

煤样类型对煤/聚苯胺复合材料导电率的影响

对不同煤样的变质程度、化学组成、煤中酚类物质和灰分对煤/聚苯胺复合材料电阻率的影响进行了研究,发现高孔隙率、高活性官能团含量和低灰分的煤样有利于制备出高电导率的煤/聚苯胺复合材料.煤中的酚类物质和矿物质对苯胺有阻聚作用,但酚的存在可优化常温下苯胺的聚合.     

煤吸附表面活性剂前后超声作用下的洗选效应

通过超声处理吸附表面活性剂前后的煤样,运用傅里叶变换红外光谱及zeta电位研究煤的表面性质,之后进行浮选,以探究超声预处理及超声脱附对煤浮选的影响。结果表明,超声可以通过降低煤粒表面带负电的亲水基团,提高煤表面的疏水性,增加可浮性;超声作用于吸附表面活性剂后的煤,其精煤产率虽不发生明显变化,而灰分含量得到了降低,浮选的完善度提高。     

不同煤阶煤的吡啶抽提FTIR谱研究

在相同的实验条件下,对四种不同煤阶的煤用搅拌抽提法进行吡啶抽提,并利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)对原煤及残煤进行了定量测试,讨论了不同抽提率产生的原因,研究了吡啶抽提前后官能团含量的变化。分析表明,溶剂吡啶主要作用于煤基本结构单元芳核的侧链和桥键。     

煤的荧光特性与其工艺性能的关系研究

简述了煤中镜质组荧光产生的机理及荧光参数的测量方法,通过测定一系列煤的粘结性和10kg小焦炉结焦性试验,探讨了煤的荧光特性与其工艺性能的关系。煤的荧光参数与其反射率呈正的线性相关关系,与其挥发分含量呈负的线性相关关系;煤的粘结性、结焦性均与其荧光参数有关;当煤化程度相同、煤岩组成基本相同时,煤的荧光强度愈强,其结焦性能愈好。     

马脊梁镜煤有机质大分子模型构建及分子模拟

运用工业分析、元素分析及¹³C核磁共振波谱、X射线光电子能谱和傅里叶变换红外光谱分析,构建了马脊梁镜煤有机质大分子结构模型。在该结构模型中,芳环桥碳与周碳之比为0.24,芳环的类型以蒽、萘为主;脂肪碳原子主要是甲基、亚甲基和次甲基,氧接脂碳含量最少;每个大分子平均含氧原子22个,氧原子存在于酚羟基、羰基、羧基和醚氧中,个数分别为9、4、3和3;氮原子以一个吡啶和一个吡咯的方式存在。该结构模型的平均分子式为C₂₂₂H₁₆₈O₂₂N₂,分子量为3212。对所建分子模型分别进行了核磁共振碳谱、红外光谱及密度的模拟计算,并与测试结果进行对比验证。结果表明,所建模型能够较好地反映马脊梁镜煤有机质的大分子结构特征。     

脱矿物质过程对煤结构影响的研究

选取神华煤和兖州煤两种煤样,用盐酸和氢氟酸处理脱去其中的矿物质,并且脱矿物质前后的煤样在氧化性气氛下,制成815℃的煤灰。利用红外光谱研究其矿物质组成以及处理前后煤结构的变化。结果表明：酸处理法能够脱除煤中大多数矿物质。2种煤灰中,矿物质组成主要是石英、硬石膏、方解石、高岭土和含铁矿物质,但含量不同。处理前后,煤结构中的含氧官能团发生了一定的变化。