基于XPS的微波脱硫前后煤中硫形态的变化研究

论文采用X射线光电子能谱(XPS)方法分析微波脱硫前后煤中硫的赋存形态及其变化规律。结果显示:煤中硫主要以噻吩类、砜(亚砜)类、硫醇(硫醚)以及硫酸盐类矿物质的形式存在,经过微波脱硫后煤的总硫及有机硫含量都出现下降。在所有含硫基团中噻吩类硫所占相对含量降低,由69.26%下降至18.10%;亚砜类硫相对含量有所增加;硫酸盐类硫相对含量显著增加,由8.58%上升至48.18%。煤中硫元素有向氧化态转化的趋势。     

微波和硝酸处理后炼焦煤中硫形态变化的XPS研究

为分析微波和硝酸处理对山西高硫炼焦煤中各形态硫变化的影响,应用XPS(X射线光电子能谱技术)研究了该煤样在酸洗和微波辐照后其中硫赋存状态和含量的变化。研究结果表明:煤样中无机硫含量约为14.2%,主要为硫酸盐硫;有机硫含量约为85.8%,噻吩类硫含量较高。微波和酸洗处理后,全硫脱除率为38.8%,硫醚硫醇类硫脱除率为45.1%,噻吩类硫脱除率为20%,亚砜类硫脱除率为29%,无机硫基本全部被脱除。采用酸洗和微波辐照的方法可以有效降低山西高硫炼焦煤中硫的含量,全硫脱除率高达38.8%。     

煤微波脱硫介电性质变化及其影响因素

为明确高硫煤微波脱硫前后介电性质变化及影响因素,选用微波频率2.45 GHz与HAc-H2O2协同法进行了脱硫试验,并采用XRD与XPS对试验前后煤样的成分进行了分析表征,根据表征出的成分筛选出相应模型物,利用传输反射法测定了煤样及筛选模型物在0.5¹8 GHz频率范围的介电常数。试验结果表明:试验前后煤的介电性质在918 GHz频率范围的介电常数。试验结果表明:试验前后煤的介电性质在9¹2 GHz和1312 GHz和13¹8 GHz频率范围内存在较明显差异,试验后煤样的复介电常数实部和虚部出现了不同程度地降低;煤和筛选模型物的复介电常数测定反映矿物组分在1318 GHz频率范围内存在较明显差异,试验后煤样的复介电常数实部和虚部出现了不同程度地降低;煤和筛选模型物的复介电常数测定反映矿物组分在13¹8 GHz范围对煤样介电性质影响较明显,以固态小分子硫醇硫醚、硫砜及噻吩类化合物为代表的有机硫组分则集中在918 GHz范围对煤样介电性质影响较明显,以固态小分子硫醇硫醚、硫砜及噻吩类化合物为代表的有机硫组分则集中在9¹2 GHz对煤样介电性质有影响,但程度相对较弱;筛选的有机硫模型化合物与微波耦合能力为:(亚)砜>硫醇硫醚>噻吩,与利用material studio软件计算出的分子偶极矩大小变化一致,符合分子偶极矩越大对微波响应越强的一般规律。     

基于XPS技术的不同密度煤样中硫的类型和含量研究

为了更好的认知煤中硫的类型和结构,利用XPS测定了不同密度煤样中含硫组分的类型和含量。研究表明:在低密度煤样中无机硫含量很少,无机硫含量随煤样密度增大而增大;有机硫主要类型为硫醚(醇)类、噻吩类、(亚)砜类,其中硫醚(醇)类含量最高,噻吩次之,(亚)砜类最低,有机硫含量的总体趋势是随密度增大而降低。     

基于XANES分析煤炭微波脱硫前后硫形态的变化

煤炭微波脱硫是当前洁净煤技术研究的热点,但目前对煤炭微波脱硫过程中硫形态的变化规律尚不完全清楚,本文采用同步辐射XANES方法分析微波脱硫前后煤中硫的赋存形态及其变化规律。结果显示,煤中硫主要以噻吩环、巯基(-SH)、亚硫酰基(S=O)以及硫酸盐类矿物质的形式存在,经过微波脱硫后煤中含硫基团中噻吩类硫和巯基类硫含量降低,亚硫酰基类硫和硫酸盐类含量增加,煤中含硫基团向硫的氧化态转化。     

氢气气氛下煤炭微波脱硫初步探究

以炼焦煤精煤为研究对象,研究氢气气氛下煤炭的微波辐照脱硫,考察了辐照时间对脱硫率和黏结性的影响。结果显示:煤样的脱硫率随着辐照时间的延长而增高,黏结性指数总体上呈增大趋势。形态硫测定发现,煤中硫铁矿硫含量由0.35%下降到0.09%,降低了74.29%,有机硫含量由2.4%下降到2.27%,降低了5.42%,硫酸盐硫含量基本不变。红外光谱分析发现,辐照后煤样含硫化合物降低,富氢的中小分子化合物含量增加。     

炼焦煤中碳、氧、氮、硫赋存特征的XPS研究

采用X射线光电子能谱解析山西炼焦煤中碳、氧、氮和硫的赋存特征。结果表明,山西炼焦煤中碳的主要赋存形式为芳构碳和脂构碳,醚基氧和羟基氧占煤中氧总量的近80%,氮绝大多数分布于煤分子结构单元的边缘,有机硫是炼焦煤中的主要硫形态,硫醇、硫醚占煤中有机硫含量的48.65%。     

高硫煤微波辅助脱除有机硫试验研究

以新阳高硫煤为试验用煤,采用硝酸洗涤法除去煤中无机硫,在微波与氧化剂协同作用下开展脱硫试验,采用单因子法考察了氧化剂配比、辐照时间对煤中有机硫脱除效果的影响,采用XRD和XPS方法分析试验前后含硫组分的变化情况。     

外加能量场对煤中有机硫结构特性影响规律的量子化学研究

为分析煤中有机硫结构对微波的响应规律,采用密度泛函理论模拟研究了煤中几种典型含硫模型化合物的含硫键在不同外加能量场作用下的变化规律和断键特点,从而进一步理解其脱除机理。结果表明,外电场从0增加到0.054 4eV时,体系的总能量随着外电场的增强而逐渐增大,最高占据轨道能量EH、最低空轨道能量EL、能隙EG均随着外电场的增强而减小,电偶极矩随着外电场的增强而增加,表明外电场的加入使分子的活性和极性增加,分子中的S—S键长和S原子电荷数均随外加电场的增强而增大,各基团的谐振频率随外加电场的增强而减小,振动光谱强度也有所变化。因此,针对煤中的有机含硫结构在微波脱硫过程中,需要考虑外加能量场所导致的分子活性及极性等变化的影响。     

煤含硫模型化合物的介电响应特性及其对微波脱硫的影响

为揭示煤炭微波脱硫中的微波作用机制,利用传输反射法分析了煤中含硫与不含硫模型化合物的介电特性以及含硫模型化合物对净煤样介电性质的影响,并在微波联合氧化助剂条件下研究了其介电特性对脱硫率的影响。结果表明:含硫模型化合物的介电常数实部ε'、虚部ε″和损耗角正切tanδ均大于结构相似的不含硫模型化合物,其中二苯二硫醚、二苯并噻吩砜、二苯砜具有自己的特征峰位,因此可以通过调节微波频率实现煤中含硫组分的选择性加热;当净煤样负载含硫模型化合物后,混合样品的ε'发生了较显著的变化,而ε″和tanδ与净煤样相差不大,但在混合样品的ε″和tanδ变化曲线中明显出现相应模型化合物的特征峰,因此可以通过调节微波频率实现高有机硫煤的选择性脱硫。脱硫实验结果表明在微波联合氧化助剂的条件下,ε″和tanδ高的硫醚类的脱硫率明显大于噻吩类,且二硫醚更易于被氧化脱除。     

山西阳煤二矿无烟煤元素赋存特征的XPS研究

采用X射线电子能谱解析山西阳煤二矿无烟煤碳、氢、氧、氮和硫的赋存特征。结果表明：山西阳煤二矿无烟煤中碳的主要赋存形式为芳香碳和脂肪碳,碳碳单键的含量最高占82.34%,无烟煤存在大量烷基侧链,醚基氧和羟基氧占氧元素的82.51%。氮元素主要以吡咯氮和吡啶氮等有机氮形式存在,其中大部分存在于煤分子边缘;硫元素主要存在形式为有机硫,噻吩、砜和亚砜分别占35.34%和32.3%,硫醇和硫醚占3.39%,无机硫占25.97%。     

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%。     

煤中有机硫结构研究进展

简述了煤中有机硫结构的基本概念及对其研究的重要意义,总结煤中有机硫结构的类型主要有硫醇、硫化物和二硫化物、噻吩、亚砜和砜等,并归纳了常用的研究方法。详细阐述了煤抽提物及全煤中有机硫结构的研究现状,叙述了显微组分和超高有机硫煤中有机硫的分布。讨论了煤中有机硫结构的形成和演化,指出目前研究中存在的主要问题并针对性地提出今后一段时间关于煤中有机硫结构的研究趋势。     

焦煤微波干燥特性及动力学研究

为探索焦煤微波干燥技术的基本理论,通过河南平煤八矿-焦煤微波干燥实验,研究焦煤颗粒粒径、微波功率和初始含水量对焦煤干燥特性的影响,利用薄层干燥动力学模型对实验数据进行拟合,探讨适于描述焦煤微波干燥动力学的最佳模型。结果表明,当焦煤粒径小于1 mm时,随着焦煤粒径、微波功率或初始含水量的增加,相同时间内煤样失水量增加,干燥速率增大;而随着粒径或微波功率的增大,干燥达到平衡的时间减少,但初始水分对干燥达到平衡的时间没有显著影响;焦煤微波干燥过程有一个非常短暂的预热升速阶段和恒速干燥阶段和一个长时间的降速干燥阶段,粒径、微波功率和初始水分越大,恒速干燥阶段越短暂;在常用薄层干燥动力学模型中,Diffusion approach模型是适于描述河南平煤八矿-焦煤微波干燥动力学的最佳模型。     

高硫炼焦煤介电性质研究

为确定典型高硫炼焦煤种在不同条件下的电磁特性,获知其波能吸收频率范围,为微波脱硫条件选择提供依据,利用传输反射法在0.2～18.0 GHz频率范围内扫频测定山西高硫炼焦煤介电常数,考察密度、粒度、矿物质等影响因素。结果表明,原煤介电常数实部 ε′随频率的增大略有下降,虚部ε″随频率的增大先减小后增大,在15.619 GHz达到峰值;损耗角正切tan σ在15.664 GHz处有峰值;煤中高岭石含量增加,ε′,ε″均增大,方解石对介电性质基本没有影响,石英介于二者之间;在0.2～10.0 GHz,ε′随粒度的增大而增大,ε″随粒度的增大而降低。密度大于1.8 g/cm 3的煤样,ε′,ε″明显高于其他密度级煤样,灰分高的煤样介电常数高于灰分低的煤样。     

煤炭微波脱硫技术研究现状与发展

综述了煤中含硫组分的分类、赋存状态以及微波辐射作用下含硫化学结构对微波的断键响应;分析了煤炭微波脱硫的作用机理,同时对非热效应存在的理论依据进行了阐述。结合微波试验装置的发展,介绍了适用于煤炭微波脱硫的非热效应试验研究方法,并展望了煤炭微波脱硫技术的发展方向。     

添加微波脱硫助剂对新峪焦煤介电特性的影响

通过对新峪焦煤中添加助剂进行微波脱硫实验,探究了微波频率在2.45GHz下,酸性助剂(HCl)、碱性助剂(NaOH)、还原性助剂(HI)和氧化性助剂(HCOOH-H2O2)分别与新峪焦煤结合所得脱硫率,利用传输反射法测定煤样在0.1～6.5GHz频率范围微波脱硫前后的介电常数,表征介电特性发生的变化。研究结果表明:在0.1～6.5GHz频段范围内,伴随着盐酸溶液的浓度增加,煤样相对介电常数、相对介质损失因子和介质耗散因子相对应增加;煤样经氢氧化钠溶液处理后相对介电常数随着微波频率的增加而降低;氢碘酸溶液处理后的煤样相对介电常数曲线随频率的增加缓慢下降;甲酸-过氧化氢溶液处理后的煤样相对介电常数曲线趋于稳定,不再随频率的增加缓慢下降,在6.0GHz后曲线开始上扬。