4种细菌降解内蒙古赤峰褐煤的实验研究

利用金雀儿根瘤苍白杆菌、食萘新鞘氨醇菌、粪产碱杆菌和荧光假单胞菌4种细菌对内蒙古赤峰褐煤进行降解实验,通过正交试验得到了上述4种细菌在最优工艺条件下的降解率分别为93.5%、91.8%、90.3%和85.0%。红外光谱分析表明,残煤中N=O、C=O官能团减少,说明细菌可将含N=O、C=O官能团片段降解下来。紫外光谱显示降解后的液体产物中存在含不饱和键的化合物。热重结果显示,细菌降解了煤中结构较松散的部分,煤样的热稳定性提高。     

电场对煤表面结构及瓦斯吸附性的影响

采用直流电场作为物理场,利用已研制的电场作用下煤的瓦斯吸附试验装置,对电压作用下煤的瓦斯吸附性进行了试验研究,对电压作用前后试验煤样表面结构进行了XPS能谱测试,对煤样表面结构C元素含氧官能团的种类及其相对含量进行了分析,目的是基于煤表面结构揭示电场作用对煤的瓦斯吸附性影响机理。试验结果表明:电压作用可以弱化煤的瓦斯吸附性,在80 k Hz/1 k V,80 k Hz/3 k V和80 k Hz/5 k V电场作用下,煤表面结构C元素含氧官能团发生改性,C—C/C—H键相对含量从47.22%减少到24.95%,生成C—O键、C=O羰基官能团、COO—羧基或醌官能团,使得这3种含氧官能团相对含量增加,其最大值分别为54.44%,13.89%和7.39%;随着煤表面结构C元素C—C/C—H键相对含量的减少,煤的瓦斯饱和吸附量a呈线性规律减小,吸附常数b呈指数规律减小;与电场作用前相比,作用后煤总孔面积、中值孔径(体积)、中值孔径(面积)和平均孔径等孔隙结构参数均增加。     

酸处理对蒙东褐煤结构的影响

为探究褐煤吸附处理有机废水中酸处理对煤质特性的影响,以蒙东褐煤为研究对象,采用了不同浓度的盐酸、硝酸溶液对煤样进行处理,并利用全自动氮气吸附仪(BET)、电子能谱仪(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)对原煤及酸处理煤进行了结构表征,分析了酸处理前后褐煤的孔结构、表面官能团以及表面形貌三方面的变化规律。结果表明随着酸浓度的提高褐煤比表面积、总孔容先稍有增加,随后逐渐降低;较高浓度盐酸处理煤平均孔径相较原煤有所增大,而硝酸处理煤平均孔径普遍有所减小。酸处理后的褐煤,C—C与C—O基团所占比例减少,C=O基团则增加,且硝酸处理变化更为明显。室温酸处理使褐煤的粒径均一性得到改善,褶皱有所减少,在一定程度上改变了煤的物理化学结构,且硝酸较盐酸作用更为明显。     

I-AO超细颗粒气溶胶抑制低阶煤自燃特性试验研究

针对煤的自燃灾害问题,使用含碘无机盐(NaI和KI)与抗氧化剂N-苯基-1-萘胺合成一种抑制煤自燃的高效超细复合气溶胶颗粒。通过同步热分析(TG-DTG-DSC)和红外光谱分析煤样自燃特性的变化以及官能团的分布和数量,利用扫描电镜测试观察煤样低温氧化时的表面孔隙结构变化。试验结果表明,同时经碘盐和抗氧化剂处理的煤样活化能在水分蒸发、热解和燃烧三个阶段分别平均提高了7.22%、11.14%、47.77%。此外,—OH基团的数量平均减少了27.89%,含氧官能团主要包括碳氧键(Ar—O—C)、羧基(—COOH)和C=O键的数量平均下降了40.62%。这些结果表明,含碘无机盐与抗氧化剂结合形成的复合超细颗粒气溶胶对褐煤的燃烧全过程都具有显著的抑制作用。研究结果表明碘盐-抗氧化剂超细颗粒气溶胶在防治采空区煤自燃领域具有良好的潜力。     

煤表面含氧官能团对矿井气体吸附特性的模拟研究

基于密度泛函理论模拟方法,从原子层次上模拟计算4种典型矿井气体(CO、CO2、CH4及N2)对煤表面含氧官能团的吸附行为,探究4种气体对煤表面官能团的吸附机理。对4种气体对煤表面6种常见的官能团结构单元:酚羟基、羧基、羰基、醚键、醇羟基和烷基(Ph-OH、-COOH、-C=O、-O-、R-OH及R)吸附行为进行模拟,通过吸附能、吸附构型、前线轨道的计算分析;结果表明煤与4种气体的吸附强度存在CO2>N2>CO>CH4的关系,并且各气体分子在煤表面模型上各含氧官能团的吸附强弱顺序为:羧基>醇羟基>酚羟基>羰基>醚键>烷基。     

昭通盆地褐煤煤岩煤质特征及清洁利用方向

为了实现昭通盆地褐煤的清洁高效利用,在对以往勘查钻孔的煤质化验资料统计分析的基础上,选择重点煤层剖面进行采样测试,对昭通盆地褐煤的煤岩煤质特征进行详细分析,并编制了主要煤质指标的等值线分布图,论述了灰分、挥发分、硫分、氢碳原子比等变化规律。研究发现:M_2煤层煤属中—高全水分、低灰分、特高挥发分、低—中硫分、高氢碳原子比、富油、中—高腐植酸褐煤,对比直接液化用煤评价指标,昭通盆地M_2褐煤符合直接液化用煤的评价指标,可作为直接液化用煤,提出可将直接液化作为昭通盆地褐煤资源清洁高效利用的方向之一。     

昭通褐煤大分子结构的初步分析

以昭通褐煤为研究对象,经过脱灰预处理后,对其进行元素分析、红外光谱分析和~(13)C NMR分析,并用peakfit分峰软件对NMR谱图进行分峰处理,获得了煤中C的结构信息及结构参数。通过结构参数推测得到昭通褐煤的分子式C_(130)H_(149)N_3O_(77)S,分子量3 015。     

伟晶岩型铝硅酸盐矿物的晶体化学特征计算与分析

探讨了伟晶岩型铝硅酸盐矿物(锂辉石、长石和云母)的晶体结构,三者晶体结构最大不同之处在于Al—O配位方式不同。其中,锂辉石晶体结构中Al在硅氧四面体骨干之外,以六配位的形式组成[AlO_6]八面体;钠长石晶体结构中Al取代了Si呈[AlO_4]四面体;而白云母晶体结构中[AlO_4]四面体和[AlO_6]八面体同时存在。同时,以键价的观点对这三种矿物晶体结构中化学键的特征进行理论计算。结果发现,M~(n+)静电价强度、M~(n+)—O~(2-)键平均键长、库仑力、平均键价之间具有极好的一致性。在伟晶岩型铝硅酸盐矿物结构中,[SiO_4]四面体Si—O键是最强的,当Al取代Si时,[AlO_4]四面体中Al—O键的键强次之,[AlO_6]八面体Al—O键的键强较弱,其它金属M—O键的键强最弱。     

褐煤中官能团对其燃烧特性的影响

为研究煤的微观结构对煤的燃烧特性的影响,选取7种典型褐煤,借助热重分析仪、傅里叶变换红外光谱仪对所选煤样进行了结构特征及燃烧特性分析。利用Gaussian峰对褐煤红外光谱谱线进行分峰拟合,以此确定褐煤中官能团的分布、归属及结构特征,从而研究煤样中官能团对其燃烧特性的影响。结果表明:褐煤中芳香烃结构的稳定性较好,活性较低,对煤的着火是不利的;脂肪烃含量影响褐煤燃尽温度,对煤的燃尽不利;含氧官能团、羟基分别能提高褐煤着火后燃烧速度和降低褐煤的活化能,能促进煤的着火燃烧。     

基于试验和分子模拟的页岩油用于浮选褐煤的可行性研究

为探究页岩油对褐煤浮选的可行性,利用气相色谱质谱测试、煤泥浮选试验、X射线光电子能谱和分子模拟方法,分别测试了页岩油的化学成分,考察了褐煤浮选行为和页岩油、煤油预处理对煤粒表面官能团的影响,探究了分子尺度的煤-油-水体系结构特征。结果表明:烷烃、烯烃是页岩油的主要化学成分,烷烃多以碳数12—22的形式存在;页岩油可通过覆盖褐煤表面的亲水性含氧官能团,提高C—C/C—H的相对含量;无论采用何种浓度,页岩油对褐煤的浮选效果始终显著强于煤油。分析认为,页岩油的吸附覆盖了褐煤表面部分孔隙,可降低褐煤表面粗糙度,抑制水分子在煤表面的布展,因此页岩油可作为褐煤浮选的高效捕收剂。     

屯兰2~#残煤模型构建及量子化学模拟

TLR结构模型中芳香部分以蒽环为主,含有少量萘环和苯环,脂肪结构以甲、乙基等脂肪侧链和环烷烃为主,含氧官能团有酚羟基和羰基2种形式。量子化学模拟结果表明脂肪烃的键长较长、键级较小并带有数目较大的负电荷因此化学活性高,苯环使周围结构单元的稳定性增强,与羰基相连的碳碳单键反应活性明显增强。     

云南昭通褐煤低温热干燥特性的研究

采用低温加热法,以云南昭通褐煤为研究对象,以温度、煤粉粒度为变量,研究其对褐煤干燥特性的影响。结果表明:随干燥温度的提高和煤粉粒径的减小,干燥速率增大,蒸发同样水分的时间缩短,结束干燥的时间提前;温度至少在100℃以上进行云南昭通褐煤的干燥较为适宜;根据实验数据分析计算,发现Hii等人的干燥模型最适合昭通褐煤的低温热干燥过程模拟。     

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。     

X射线光电子能谱对褐煤中碳氧形态的研究

采用X射线光电子能谱(XPS)对中国和澳洲褐煤进行分析,XPS全图分析表明,胜利褐煤成分较为混杂,检测到C、O、Si、Al和Na元素;Loy Yang褐煤只检测到C和O元素,样品相对纯净。2种褐煤碳元素形态较为接近,不同形式碳元素含量由高到低依次为C-C、C-O、C=O和O=C-O。氧元素分布差别较大,胜利褐煤中C-O占绝大多数,C=O和O=C-O含量都很低;而Loy Yang褐煤中,O=C-O和C-O含量较为接近。     

提质褐煤煤粉粘结剂成型特性研究

以内蒙古白音华提质褐煤煤粉为研究对象,通过有粘结剂冷压成型方法研究了成型工艺因素与褐煤型煤强度的关系,并采用傅里叶红外光谱仪和扫描电子显微镜对粘结剂成型机理进行分析。试验结果表明:当1#提质褐煤煤粉与2#提质褐煤煤粉的配比为3∶2,水分为20%,成型压力为25 MPa时,所得型煤抗压强度可达10.45 k N/个,落下强度为91.34%。在成型过程中,提质褐煤煤粉与添加剂中的—OH和—COOH缔合的羟键和化学键,使煤粒与粘结剂的作用力更大;同时,在成型压力作用下,煤粒之间的机械啮合力增大,型煤强度增大。     

神府煤中低温热解前后表面官能团和孔隙变化规律的研究

为研究神府煤热解前后表面官能团及孔隙的变化规律,选取神木红柳林煤矿原煤及以其为原料通过立式炉热解生产的半焦为研究对象,采用氮气吸附、扫描电镜、红外光谱及X光电子能谱等分析手段,对原煤及半焦样品进行了分析。实验结果表明,与原煤相比,半焦比表面积变大,拥有更发达的孔隙结构;半焦与原煤官能团相似,但含量不同;煤热解后,表面官能团发生变化,半焦表面C-C、C-O键增加,C-H、C=O和O=C-O键减少。     

预氧化对煤表面关键官能团影响的实验研究

为探讨氧化后煤表面关键官能团的演化规律,对六家褐煤、四台褐煤、同忻烟煤和白芨沟无烟煤进行了预氧化处理,预氧化温度为50、120、200℃,预氧化时间为6 h;采用傅里叶变换红外光谱仪对原始煤样和预氧化煤样进行红外光谱测试,获得氧化前后煤表面关键官能团的变化规律。结果表明:预氧化过程不会改变煤样官能团种类,只会改变其含量大小;预氧化温度越高,在初次氧化过程中参与反应的-OH官能团数量越多;200℃预氧化6 h后,六家褐煤预氧化煤样中-OH官能团含量较原始煤样下降51.43%,说明预氧化过程对变质程度低的煤种影响更大;同一煤种的各预氧化煤样,随着预氧化温度的升高-CH_2-、-CH_3和-C=O官能团数量较原始煤样都呈现出先升高后下降的趋势;其中,预氧化温度为50℃的预氧化煤样中-CH_2-、-CH_3和-C=O官能团数量较原始煤样升高,而预氧化120℃和200℃的预氧化煤样中-CH_2-、-CH_3和-C=O官能团数量较原始煤样降低;当再次发生氧化时,50℃预氧化煤样较原始煤样生成CO、CO_2、C_2H_4和C_2H_6等气体初始温度更低、生成量更大,120℃和200℃预氧化煤样则相反。     

微波辐照对褐煤表面含氧官能团及孔隙结构的影响

在微波场下对蒙东褐煤进行了6种不同功率及不同干燥时间的提质试验,采用化学滴定的方法测定不同的微波处理条件下褐煤表面含氧官能团的含量;采用低温氮吸附仪分析了褐煤的孔隙结构特征。通过研究发现:微波辐照初期褐煤表面水分和部分内在水分脱除,造成褐煤孔隙结构破坏,大孔收缩或坍塌,使得褐煤比表面积迅速降低,孔容积和平均孔径减小;微波辐照中期,主要是褐煤表面含氧官能团大量分解成CO_2和H_2O等气体,从褐煤内部孔道中穿过,使得比表面积和孔体积有所升高;微波辐照后期,脱水停止,含氧官能团分解产生的气体逸出以后,褐煤内部产生的胶凝物质冷却回流封堵褐煤孔隙,褐煤比表面积和总孔体积又呈现下降的趋势。认为:微波处理功率600~800W、处理时间4~8min可提高提质后褐煤稳定性。     

含氧卤化物改性制备烟气脱汞用活性焦及其表征与评价

通过捏合过程向活性焦中加入卤酸钾添加剂对活性焦进行改性制备,使用扫描电镜和X射线能谱分析等表征手段对制备的活性焦样品的表面形貌、含氧官能团种类和相对含量等进行分析,使用模拟烟气对制备的活性焦样品进行汞吸附性能评价。研究发现,卤酸钾添加剂的部分分解作用可提高活化程度,优化活性焦的孔隙结构;同时发现卤酸钾添加剂可增加活性焦中C—O官能团的相对含量,与空白活性焦样品相比,3种改性后的活性焦样品中C—O官能团的相对含量分别增加13.2%,15.2%,15.7%。汞吸附性能评价发现随着活性焦中C—O官能团相对含量增加,汞吸附性能随之增加。通过卤酸钾添加剂对活性焦改性制备可有效提高其汞脱除效率。     

不同水热解条件下煤结构变化的实验研究

利用高压反应釜,在不同温度、气氛和停留时间条件下,对白音华褐煤进行水热处理,对于处理后的煤进行元素分析,并研究改性后煤中含氧官能团含量的变化规律。水热处理后的煤样碳含量增高,氧含量降低,O/C比降低,煤化程度增高;煤表面含氧官能团的含量随水热处理温度的升高而减少,随煤化程度的增高而减少。