用红外光谱技术研究煤的低温氧化规律

利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析技术，对暴露于空气中不同时期的氧化煤样的红外光谱进行了测试与分析。根据煤的主要特征光谱峰，确定出煤中参与氧化的不同种类的特征官能团；通过特征官能团吸收光谱强度变化，得出煤在氧化进程中官能团数量的变化规律，从而确定出煤的氧化能力。应用该技术对孔庄矿煤层的研究结果与现场实际基本相符。     

煤低温红外光谱实验研究

为进一步研究煤氧复合机理的实质,从微观角度分析煤氧化过程中结构的变化规律,运用傅立叶变换红外光谱分析技术,对煤低温氧化过程中不同温度下的煤样进行红外光谱分析,得到煤样在不同低温氧化阶段官能团的变化。     

低温氧化下煤的官能团演化特性研究

为研究煤在低温氧化下官能团的演化特征,首先利用原位反应池对煤样进行程序升温实验,并在特征温度点进行恒温氧化处理,然后借助傅里叶变换红外光谱法(FTIR)对煤样进行分析,获取了不同温度阶段的官能团分布特征。研究结果表明:C-O官能团可作为煤炭自燃的重要指标;官能团的变化可分为持续增加、先减后增和先减后增再减3种趋势,主要是由原生基团消耗和次生基团生成造成的;不同温度阶段具有不同的主要活性官能团,其中C=O大约是在140℃以后才参与到反应中。     

煤表面含碳官能团低温氧化规律XPS技术研究

利用XPS测试技术对兴成肥煤低温氧化规律进行实验研究。碳元素XPS氧化前后测试结果对比分析表明原煤表面碳主要存在形式为碳碳键或碳氢键,氧化态碳大多以碳氧单键形态存在,羰基和羧基含量很少。氧化后煤样表面碳元素逐渐被氧化,碳氧单键含量略有上升,羰基含量基本不变,羧基上升明显。     

煤存储过程中结构变化的红外光谱研究

煤在存储过程中会发生低温氧化,使煤炭质量下降,如果发生自燃将会造成更大的热值损耗。为深入研究与分析煤存储过程中微观结构变化,在江油电厂进行了煤堆存储试验,定期取煤样在实验室进行红外光谱检测。通过对煤样的红外光谱谱图和差示光谱谱图的分析,发现—CH₃、—CH₂—、—CC—类官能团的数量减少,醇、酚、醚、酯氧键官能团和—OH基团的数量增加,并利用差谱分析的结果对煤堆存储过程中的宏观现象进行了解释。煤存储时可采用分层碾压的方法降低煤堆孔隙率,同时加强监测以防止煤低温氧化导致煤堆自燃。     

煤表面硫与氮官能团低温氧化规律XPS技术研究

利用XPS测试技术对兴成肥煤低温氧化规律进行实验研究。硫元素XPS氧化前后测试结果对比分析表明原煤硫元素中硫化物硫和硫铁矿硫占比最高,而有机硫中噻吩硫含量最高,其次为砜和亚砜。氧化后煤表面噻吩硫相对含量降低,有机硫中的部分硫化物硫氧化成亚砜,亚砜进一步氧化成砜,导致砜相对浓度增加,而亚砜缺失。原煤氮元素谱图分析可知兴成煤中氮主要存在于煤分子的边缘,约21%氮以季氮形式镶嵌于煤分子芳香结构中,煤中吡咯氮含量最高。氧化后XPS结果表明在氧化过程中与氮相连的氧原子脱除,氧化型氮转变为其他形态,且很大一部分转化为吡啶。     

煤表面硫与氮官能团低温氧化规律XPS技术研究北大核心

利用XPS测试技术对兴成肥煤低温氧化规律进行实验研究。硫元素XPS氧化前后测试结果对比分析表明原煤硫元素中硫化物硫和硫铁矿硫占比最高,而有机硫中噻吩硫含量最高,其次为砜和亚砜。氧化后煤表面噻吩硫相对含量降低,有机硫中的部分硫化物硫氧化成亚砜,亚砜进一步氧化成砜,导致砜相对浓度增加,而亚砜缺失。原煤氮元素谱图分析可知兴成煤中氮主要存在于煤分子的边缘,约21%氮以季氮形式镶嵌于煤分子芳香结构中,煤中吡咯氮含量最高。氧化后XPS结果表明在氧化过程中与氮相连的氧原子脱除,氧化型氮转变为其他形态,且很大一部分转化为吡啶。     

义马北露天矿区煤的高级氧化还原降解的红外光谱研究

根据河南义马所采煤样进行高级氧化还原降解的红外光谱研究,针对以往煤生物成气或煤的深加工利用时遇到的如何将煤的大分子结构破坏成为生物能够直接利用的较小的分子甚至是C1—C4的小分子的瓶颈,采用高级氧化还原过程对煤进行降解,用适合的物理或化学方法,在温和的条件下将煤的立体网状的大分子结构破坏,使之转化为微生物能够直接利用的较小分子,以提高煤降解成气的转化率。采用对煤样进行酸提碱提的实验方式,将煤分子的化学键破坏,并用红外光谱仪进行测定,对其分解状况进行表征。     

热分析技术对煤低温氧化规律的研究

差式扫描量热分析（Differential Scanning Calorimetry,DSC）是测量随时间或温度变化而产生热量变化的绝对量及速率,用在测定物质受热氧化与分解的热量方面的技术越来越成熟,测定结果计算机自动处理,为快速准确测定煤的自然发火期提供了有力的手段。热重分析（Thermogravim-etric Analysis,TGA）监测的是样品在控制温度下样品质量的变化。     

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。     

甲烷气氛下煤低温氧化产气规律实验研究

为研究煤矿采空区含瓦斯和不同氧氮比气氛对浮煤自燃的影响,建立了煤低温氧化实验系统,设计了不同氧氮比和甲烷体积分数的18组实验气氛方案,并在此气氛下对自燃煤层煤样开展程序升温氧化实验。研究表明,高氧氮比气氛下煤样CO初始产出温度比低氧氮比气氛低,同时高甲烷组分抑制CO生成;C_2H_4产出随甲烷体积分数增加而降低,随氧氮比减小而降低,氧化气氛中甲烷对C_2H_4产出有一定的抑制效应;在拐点温度后,高氧氮比、低甲烷组分下CO_2产出速率高于低氧氮比、高甲烷组分;C_2H_6产出到160℃时达到峰值,随后产出量缓慢下降。     

采空区浸水失水煤样低温氧化规律研究

为研究邻近采空区浸水失水煤样低温氧化过程的煤自燃规律,在对原煤和浸水失水煤样进行工业分析的基础上,利用扫描电镜和红外光谱分析原煤和浸水失水煤样的微观结构和官能团变化规律。结果表明:室温25℃时,浸水失水煤样长期浸泡在水中,煤体吸水溶胀发生破裂,孔隙结构由紧实变为松散,孔隙增大,与氧接触面积增大,吸附氧的能力增强,1 800 cm-1附近含氧官能团(C=O)峰值变强,加速煤样的低温氧化进程,煤样失水过程中水分带走部分无机物质,水分微增,但孔隙率增大,随着温度的升高,两煤样含氧官能团增加,低温氧化过程加快,浸水失水煤样的氧化速度较原煤快。     

8煤水分含量对低温氧化规律影响研究

利用DSC-TG联用技术对顾北矿8煤氧化规律进行了研究.得到了煤粉在不同升温条件下的DSC-TG曲线并在此基础上分析了顾北矿8煤在水分条件下的吸氧量与放热量随温度的变化规律,通过氧化煤样与新鲜煤样的对比分析了8煤低温氧化的规律性.     

基于动力学的煤低温氧化机理研究

利用恒温反应实验装置,研究了煤低温氧化行为。根据CO2和CO气体解析过程特性,提出了煤低温氧化的两条途径,分别通过计算其反应活化能验证了这两条机理的存在性。研究了这两条机理在煤低温氧化过程中的不同的温度阶段所发挥的作用。结果表明:生成CO2的活化能很低,煤低温氧化很容易进行;CO的生成对温度有较高的敏感性。在温度低于70℃时,吸附途径在低温氧化过程中起主导作用,煤低温氧化主要生成CO2;当温度高于70℃时,燃烧途径起主导作用,煤低温氧化会产生大量CO。     

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。     

低温氧化对煤TG-DSC曲线的影响研究

采用综合热分析仪研究了褐煤、烟煤和无烟煤的低温氧化对TG-DSC曲线的影响。研究结果表明:在煤氧化热解的过程中,褐煤和烟煤均能吸附氧并与氧反应;在吸氧增重阶段,褐煤和无烟煤的质量降低,烟煤的质量增加;与原样相比,煤氧化样的燃点降低;在失水减重阶段,烟煤失去水分质量至最低点时其温度升高。     

基于耗氧量的煤低温氧化反应活化能研究

煤的低温氧化是一个非常复杂的过程,在不同的温度阶段存在不同的反应过程。活化能是研究煤低温氧化的一个重要的动力学参数。利用煤氧化过程中耗氧量求解煤低温氧化的表观活化能。通过程序升温实验测定了2种不同煤样的耗氧量随温度的变化关系,然后根据阿伦尼乌斯方程经线形处理发现煤在不同氧化阶段的活化能存在差异。煤氧刚接触时,主要发生物理吸附且吸附过程迅速导致活化能较小;随着温度升高,化学过程占据主导,活化能变大。     

易自燃煤漫反射红外光谱特征

为了更好地模拟煤低温氧化阶段的化学结构变化，分析了漫反射及透射红外谱图，利用漫发射红外光谱分析了自燃倾向性不同的煤样原煤及低温氧化煤的化学基团，探讨了煤样中芳烃、脂肪烃和含氧官能团在低温氧化过程中的变化规律.结果表明：漫反射红外光谱法在研究颗粒表面氧化过程中的化学成分变化比透射法更加灵敏，得出了易自燃煤与不易自燃煤低温氧化前后的微观结构差异，其中，1 596～1 604 cm^-1处的芳香烃（C＝C）,1 640～1 650 cm^-1处的酰氨（-CO-N-），1 736～1 722 cm^-1含氧官能团（C＝O）和1 900～1 910 cm^-1处的脂肪烃（C-C）存在明显差异.     

加热作用对褐煤自燃过程影响的红外光谱研究

 利用原位傅里叶红外光谱仪实时在线测试了褐煤分别在通入氮气和氧气的程序升温条件下主要活性官能团的变化规律,通过对比分析研究了程序升温的加热作用对煤氧化过程产生的影响。结果表明：在这两种气氛条件下各主要活性官能团都呈现先减少后逐渐增加的连续变化趋势;仅靠程序升温的加热作用也会导致煤自身发生反应,但是加热作用对煤中官能团变化的影响与氧化条件下的影响趋势是一致的。     

干燥脱水工艺对煤低温氧化活化能影响的研究

以高水分低阶煤为研究对象,考察了煤的低温干燥脱水工艺条件,并采用热重分析法研究了不同干燥条件对煤的氧化及自燃性能的影响.结果表明:用170℃热空气干燥10min可将煤中水分从30%降低至15%以下, 低位发热量从18.63MJ/kg提高到23.51MJ/kg;煤的脱水活化能增加,吸氧增重活化能降低,煤在干燥过程中的氧化程度加深,自燃倾向性增强.