东乌煤及不同化学组分的傅里叶红外分析

通过对东乌煤及其腐殖酸、抽提腐殖酸残煤、抽提沥青质残煤进行傅里叶红外分析,揭示抽提腐殖酸和抽提沥青质实验对煤结构的影响。结果表明:由于酸碱溶液的影响,腐殖酸残煤中芳香烃振动的峰,脂肪烃的伸缩振动峰,3400cm-1附近的峰都变弱;由于吡啶溶剂的影响,沥青质残煤中反映芳香结构的峰变尖锐;煤样的fa随H/C增加有减小趋势,而随着O/C的增加呈增大趋势;煤样中腐殖酸的脂肪链最长,支链最少;腐殖酸残煤的脂肪链最短,支链最多。     

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。     

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%。     

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。     

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。     

低温热提质褐煤的理化结构演化及燃烧特性

选取胜利褐煤在流化床台架上进行不同温度(200～500 ℃)和气氛(氮气、模拟烟气和有机气氛)的温和热解提质实验,采用热重分析仪研究提质煤的燃烧特性,分别使用傅里叶转换红外光谱（FTIR）和氮气等温吸附方法研究提质前、后煤的化学和物理结构的变化规律。结果表明：热解过程提高了褐煤的发热量,降低了水分和自燃倾向。模拟烟气增加了提质煤的热值损失率,而有机气氛降低了热值损失率。煤中的含氧官能团和脂肪烃结构随着热解温度的升高而逐渐分解,挥发分的析出和热变形导致了提质褐煤平均孔径的减小和比表面积的增大。500 ℃模拟烟气气氛下煤的理化结构变化最为显著。褐煤提质后物理化学结构的变化使得提质煤燃烧热稳定性增强,自燃倾向降低,而提质气氛对煤的燃烧特性影响较小。     

2种不同变质程度煤表面化学结构红外光谱分析

利用傅立叶红外光谱法(FTIR)和分峰技术,定量研究了长焰煤和无烟煤这2种不同变质程度煤的官能团特征,对比了2种煤的化学结构参数的差异,结果表明,低变质程度煤中有机质相对较少,在向中高变质煤转化的过程中,有机质的成熟度增大,使得煤的骨架变得松软,脂肪链支链减少,长度变短。低变质程度煤的含氧官能团多于高变质程度煤,随着变质程度的提高,煤中芳香环的聚合程度增强。利用傅里叶红外光谱以及分峰技术定量研究煤的化学结构是可行的。     

伊敏褐煤和腐殖酸中稀土元素的地球化学特征差异分析

运用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)及常规化学分析方法,对伊敏褐煤稀土元素含量等地球化学特征进行了分析,认为伊敏褐煤稀土元素主要赋存在黏土矿物和含钛矿物中,而黄铁矿、碳酸盐、硫酸盐等矿物中稀土元素含量低,具有稀释效应。稀土元素在脱灰煤提取腐殖酸和脱灰煤提取腐殖酸残煤中的赋存有一定的互补性,稀土元素在脱灰煤提取腐殖酸中相对富集程度为轻稀土<中稀土<重稀土,稀土元素在脱灰煤提取腐殖酸残煤中的相对富集程度为轻稀土>中稀土>重稀土,表明稀土元素在有机质中的分布具有重稀土主要赋存在腐殖酸中、轻稀土主要赋存在煤主体有机结构中的配分特征。     

基于傅里叶红外光谱不同煤阶煤的官能团研究

基于傅里叶红外光谱(FTIR)和分峰拟合技术,对长焰煤和无烟煤2种不同煤阶煤的官能团进行定性和半定量研究,结合子峰面积拟合,对比分析了2种煤的化学结构参数。研究结果表明:FTIR和分峰拟合技术可以有效表征煤中官能团特征。长焰煤的生烃潜力比无烟煤更强,表现为长焰煤的A因子比无烟煤的大。低变质程度煤中有机质含量较高变质程度煤的少,高变质程度煤的有机质成熟度高于低变质程度煤。无烟煤的脂肪链长CH_3/CH_2比值低于长焰煤,反映低变质煤向高变质煤演化过程中,煤中脂肪链支链数量发生一定程度的减少,脂肪族主链长度不断缩短,煤的骨架变得愈疏松。无烟煤的缩合度DOC和芳香度AR均大于长焰煤的,随煤的变质程度提高,煤的芳香化程度越来越高,煤的芳香环缩合程度越来越强,易发生缩合作用。     

煤焦油常渣C7沥青质的结构表征

为了测定煤焦油重组分沥青质的结构参数、杂原子化合物、并构建沥青质的平均分子结构模型,研究了4种不同来源的煤焦油,提取大于350℃的常渣,以C7沉淀沥青质组分,通过元素分析、分子量测试、核磁共振等技术进行分析。结果表明:4种沥青质分子量差异较大,神木煤焦油和SPU原煤煤焦油远低于通辽煤焦油和呼伦贝尔煤焦油;杂原子含量均很高,尤其是O和N,H/C原子比低(0.65～1.07),说明中稠环芳烃含量和非烃类化合物含量较高。通辽煤焦油和呼伦贝尔煤焦油的芳香度明显高于神木煤焦油和SPU原煤煤焦油,但通辽煤焦油沥青质的芳香缩合度小于呼伦贝尔煤焦油;通辽煤焦油和呼伦贝尔煤焦油沥青质分子中烷烃支链要短于另外2种,总环数和芳香环数也显著高于其他2种,环烷环数低。     

平顶山矿区构造煤傅里叶红外光谱和~(13)C核磁共振研究

利用傅里叶红外光谱(FTIR)和核磁共振(13C NMR)技术对平顶山矿区不同变形程度构造煤和原生结构煤的分子结构差异进行了分析。红外光谱分析表明,构造煤的生烃潜能('A')和脂肪链长及支链化程度(B)均小于原生结构煤,芳脂比(I)大于原生结构煤,缩合度(DOC)变化不明显;随变形程度的增加,构造煤生烃潜能('A')逐渐减小,缩合度(DOC)逐渐增加。核磁共振分析结果显示,官能团对煤中芳碳率和脂碳率的变化有一定贡献,芳碳区存在显著差异的主控因素为带质子芳碳和桥接芳碳(fH,Ba),脂碳区中的主要影响因素是亚甲基碳(fb2);随变形程度的增加,构造煤中亚甲基碳(fb2)逐渐减小,带质子芳碳和桥接芳碳(fH,Ba)逐渐增加。通过对构造煤化学结构的傅里叶红外光谱和核磁共振分析,进一步揭示了构造煤在煤与瓦斯突出中的作用。     

新疆艾丁褐煤直接液化反应动力学

为研究褐煤直接液化反应动力学,在100 m L微型高压釜中,对艾丁褐煤进行等温加氢液化实验研究,建立了褐煤直接液化反应的动力学模型,并通过Origin软件回归出各反应速率常数及相应的活化能和指前因子。结果表明,煤中的反应组分生成各产物的反应速率顺序为:非酚油沥青质酚气体;反应组分M1主要生成非酚油和沥青质,是直接转化成非酚油和酚的主要来源,沥青质向非酚油的转化是非酚油产率增加的速率控制步骤,沥青质向酚的转化速率是酚产率增加的速率控制步骤,实行分级加氢液化更有利于控制和提高非酚油和酚的产率;褐煤中仅生成CO2的组分M2在一定温度条件下,短时间即可转化为CO2,并转化完全;液化反应中反应组分(M1)向气体(Gas)转化,以及沥青质(PAA)向酚(Phe)转化过程对温度较敏感。     

中低温煤焦油重组分分离与表征

为深入理解煤焦油重组分化学结构,采用正庚烷沉淀与柱色谱分离法将中低温煤焦油重组分分离成饱和分、芳香分、胶质和沥青质。综合采用元素分析、红外光谱、分子量及核磁共振氢谱等分析方法对各组分组成与分子结构进行研究,并进一步推测各组分平均分子结构模型。结果表明：饱和分H/C原子比最高,几乎无杂原子,主要以长链烷烃结构形式存在,芳香分、胶质和沥青质组分,分子量、芳香度和杂原子含量依次增加。通过对比分析平均分子结构参数,发现沥青质比胶质含有较多的环烷环数,而芳香环数一样,说明煤焦油组分中较大分子量物质往往含有较多的杂环和环烷环系统,而不是更多的缩合芳环数。     

褐煤酸碱预处理-微生物气化联产H2-CH4的实验研究

为探讨酸、碱处理煤的发酵联产生物气生成特征,对新疆伊宁矿区褐煤进行酸、碱预处理,以焦作古汉山矿井水为菌源进行发酵联产H2-CH4实验。对联产后的产气量、气体组分、HPE活性、COD质量浓度进行测定分析,对产气后煤样进行XRD和红外测试。结果发现：① 碱处理煤的产氢效果最佳,产气总量为20.25 mL/g,酸处理煤次之为17.05 mL/g,而原煤的产氢效果最差为14.4 mL/g;② HPE活性测定规律基本与之对应,碱处理煤产氢后菌体的氢化酶活性最优为4.35 mL/(mg·min);③ 酸处理煤的联产甲烷效果最好,产气总量为23.35 mL/g,而原煤和碱处理煤的联产甲烷效果基本一致;④ 联产中液相COD质量浓度均呈下降状态;⑤ 经预处理煤样的有机质降解率高,大分子结构更易被降解。实验结果得出了预处理煤联产生物气的生成特征,证实了联产H2-CH4有利于煤的资源化利用,明显提升了能源转化率。     

神府煤和锡林浩特煤的非均相光催化氧化

采用悬浮式非均相体系分别对水合神府烟煤（SFC）及锡林浩特褐煤（XL）进行选择性光催化氧化、傅里叶红外光谱（FTIR）分析及气相色谱质谱联用（GS/MS）检测,获得了反应产物的分子结构信息。同时对不同条件下煤炭降解效果的研究发现:芳香度和芳环取代度较高的烟煤组分光氧化性较弱,氧化后的产物中有较多酮类生成,而芳环取代度小、含有较多亚甲基和脂肪族侧链的褐煤光氧化性能较强,生成物中烯烃的含量明显减少;催化剂二氧化钛对光催化反应的影响要大于氧化剂过氧化氢,但在仅有过氧化氢存在情况下,随着其加入量的增大光氧化效果会更显著,煤样的投加量对光催化的影响不占主导地位;光催化氧化中,煤大分子中的烷基侧链易断裂脱除,特别是甲基和亚甲基易发生光催化氧化分解,而且碳氧单键的红外吸收峰强度明显减弱,表明煤大分子的侧链和碳氧单键在紫外光辐射环境下反应活性高。