离子液体对煤低温氧化反应活化能的影响

为考察离子液体对煤氧化反应动力学的影响,利用热分析实验所得放热速率结果计算了未处理煤和各种离子液体处理煤的平均活化能E和指前因子A。根据活化能随温度的变化趋势,分析发现:[AOEmim]BF4、[Amim]Cl、[Emim]AC 3种离子液体处理煤在低温段的化学反应速率比未处理煤快,其余离子液体处理煤的反应活性均降低。所用离子液体能够降低煤活化过程对温度的敏感性。[Bmim]OTf离子液体处理煤活化能较高,而且对温度的敏感度较低,活化过程较迟钝,因此推测[Bmim]OTf对煤的氧化反应动力起到一定的抑制作用。     

咪唑类离子液体处理煤热失重以及传热特性研究

离子液体作为新型阻化剂,溶解破坏煤中的活性结构从而抑制煤氧化反应进程,达到阻化煤自燃的效果。为了考察咪唑类离子液体对煤热失重以及热传递特性的影响,采集淮南矿区丁集1/3焦煤作为实验煤样,选取[EMIM][BF4],[BMIM][BF4],[BMIM][NO3]和[BMIM][I]对焦煤处理,并将未处理煤样作为对照组,开展热重-差热同步热分析实验和激光导热实验,得出咪唑类离子液体处理煤的热失重和热物性参数。结果表明:离子液体对煤的氧化热失重过程有明显的减弱作用,且不同离子液体的作用效果不同,效果最好的为[BMIM][BF4]。此外,差热结果显示离子液体处理煤的放热量均低于离子液体未处理煤,其中[BMIM][BF4]处理煤相比较于原煤,波峰温度提高28 ℃。煤样的热物性参数呈现出阶段性变化。30~210 ℃,随着温度的增加,煤样的热扩散系数逐渐降低,比热容和导热系数逐渐增大;210 ℃之后,煤样的热扩散系数逐渐上升,比热容趋于平稳,导热系数快速上升。在同一温度下,离子液体处理煤的热扩散系数以及导热系数均低于原煤,离子液体处理煤的比热容均高于原煤,其中[BMIM][BF4]处理煤的热扩散系数最小,比热容最大,导热系数最小。此外,[BMIM][BF4]处理煤热物性参数变化率最低,对温度的敏感性明显减弱,对煤热量传递抑制作用明显。结果可为煤火的防治提供一定的理论基础和现实依据。     

[BMIM][BF4]对不同变质程度煤自燃热行为的影响研究

离子液体作为新型阻化剂可溶解破坏煤中活性基团,抑制煤氧化反应进程,从根本上达到阻化煤自燃的目的。但不同变质程度煤样微观结构不同,而且离子液体成本较高,因此,难以在煤自燃领域现场实施应用。基于此,考察了离子液体对不同变质程度煤自燃热行为特征的影响,且从经济性和实用性方面考虑,选用低浓度(质量分数为5%)1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIM][BF4])对褐煤、长焰煤、气煤以及1/3焦煤进行热重-差热联用(TG-DSC)实验和热物性参数测试实验,得出离子液体处理不同变质程度煤的特征温度、热效应及热物性参数变化规律。结果表明:离子液体延后了煤失重过程中的特征温度,提高了煤自燃过程中的初始放热温度和最大热释放速率温度,对最大放热速率以及放热量都有着明显的抑制效应,且抑制作用随着煤变质程度的升高而减弱,说明离子液体对于低阶煤效果较好;与原煤样相比,离子液体处理煤样的热扩散系数和导热系数较低,比热容则较高,说明离子液体降低了煤体之间热量传递的速度,增加了煤体温度上升所需的热量,弱化了煤体因温差传递热量的能力,对煤样的传热性能起到了抑制作用,并且煤的变质程度越低,抑制效果越明显。结果可为离子液体抑制煤自燃领域的推广及现场应用提供借鉴。     

离子液体对煤官能团种类及含量的影响

为探究离子液体对煤官能团种类及含量的影响,利用红外光谱(FTIR)分析技术,研究了原煤和经过离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([EMIm]Ac)、1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐([BMIm]Ac)和1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸酯盐([BMIm]OTf)处理后的煤官能团种类及含量变化。结果表明:煤中含有脂肪烃、芳香烃类基团及含氧官能团,经离子液体处理后,煤中的官能团种类不变。离子液体处理后的煤中大部分脂肪烃、芳烃类基团、含氧官能团含量有所下降,说明离子液体对煤官能团有一定的破坏作用,其中,[BMIm]OTf离子液体使煤中的羟基、羧基、脂肪烃支链、芳香烃、取代苯类等官能团含量降低,对煤中官能团的溶解破坏效果最好,明显优于[EMIm]Ac和[BMIm]Ac。     

不同浓度离子液体对煤中官能团的影响

利用红外光谱(FTIR)技术研究了离子液体[HOEtMIm][BF_4]和[BMIm][BF_4]的不同浓度对煤中官能团的影响。研究结果表明,利用3种不同浓度(离子液体与水的质量比为1∶2、1∶10和1∶50)的[HOEtMIm][BF_4]和[BMIm][BF_4]离子液体处理原煤,处理后煤中的脂肪烃和羟基的含量都有所降低。综合来看,离子液体浓度越高,氢键的相对含量越少,同时不同浓度的离子液体处理煤后,芳香度的增加量与浓度不成正比关系,这说明稀释后的离子液体处理对煤中的活性官能团依然具有一定的溶解破坏作用,且这种作用效果存在一个最佳的浓度范围,有待进一步分析确定。     

凝胶泡沫对原煤自燃的阻化特性实验研究

为揭示凝胶泡沫对煤自燃的阻化特性,通过煤自燃标志性气体测定实验系统对比分析不同泡沫阻化剂处理的煤温升速率、标志性气体的产生发展规律,并采用同步热分析仪分析煤在热解过程中特征温度和热效应。结果表明,不同泡沫阻化剂阻化后的煤样,临界温度Trl、缓慢氧化温度Tml及燃尽温度Tme相比原煤呈现"滞后效应";凝胶泡沫处理煤样起始放热温度由29.77℃提高到89.61℃,最大释热功率由50.15 mW/mg降到37.11 mW/mg;水基、泥浆、凝胶泡沫处理煤样阻化率分别为2.54%、5.28%、10.1%,凝胶泡沫阻化处理煤样的温升速率与CO、C2H4析出速率始终小于泥浆和水基阻化处理的煤样,凝胶泡沫阻化性能相较水基和泥浆效果更好。     

瓦斯对煤自燃特性参数影响的实验研究

选取原煤样、经过瓦斯解吸处理和通甲烷处理的3种不同瓦斯含量的混合煤样,利用程序升温实验对其自燃特性参数进行实验研究,通过对不同煤温条件下的耗氧速率、CO产生率、CO2产生率及放热强度进行分析,得到了氧化自燃过程中瓦斯对煤氧化自燃特性的影响规律,揭示了瓦斯对煤自燃的抑制作用。     

复杂条件下煤自燃特性参数变化规律研究

为揭示锦界煤矿31116工作面采空区遗煤的氧化特性，利用程序升温实验系统研究了原煤、预氧化煤、浸水风干煤的低温氧化特性，分析了指标气体产生量、耗氧速率和放热强度与温度的对应关系，实验表明：实验过程中煤样的自燃特性参数均随温度升高呈指数变化规律，CO可作为30～110℃之间的指标气体、C₂H₄可作为110～200℃之间的指标气体；二次氧化气体产生量、耗氧速率、放热强度均在反应前期低于初次氧化，反应后期高于初次氧化；浸水风干煤样氧化过程中的气体产生量、耗氧速率和放热强度更高，相较于原煤样，开始检测到CO、C₂H₄的温度点均提前了10～20℃,耗氧速率最高增大了173×10^-11mol/(cm³·s),最小放热强度与最大放热强度最高分别增加了211×10^-5 J/(cm³·s)和261×10^-5 J/(cm³·s),说明浸水过程对煤氧化进程具有一定的促进作用。     

水浸煤二次氧化特性研究

为了研究水浸煤二次氧化特性参数,对实验的6种煤样进行程序升温实验,检测其比表面积及孔径并进行分析。结果表明:预氧化后的水浸煤较预氧化后的原煤二次氧化气体生成速率及放热强度均有所增大,并且随着预氧化的温度升高,气体生成速率及放热强度也有所增大;预氧化后的水浸煤活化能较预氧化后的原煤和未氧化的原煤均低,随着预氧化温度的升高,活化能也有所降低,导致其自燃倾向性增加;水浸煤比表面积在同等条件下远大于原煤,随着预氧化温度的提高,原煤和水浸煤的比表面积均呈现下降趋势;二次氧化对实验所用的原煤、水浸煤的最可几孔径几乎没有影响,均为4 nm,在最可几孔径下,煤的微分孔体积/平均孔径随着预氧化的温度升高而逐渐降低。     

恒温解吸附煤样低温氧化特性试验研究

为了研究解吸附煤样的自燃特性,运用煤低温氧化试验系统测试了煤样在氮气条件下恒温解吸附及解吸附再次氧化升温特性,分析了解吸附过程的气体产物规律和解吸附煤样的自燃特性参数,研究原煤和解吸附煤样的氧化、放热特性。结果表明:恒温解吸附过程中产生CO、CO_2、CH_4气体,CO_2的气体产生量远大于CO、CH_4,随着箱温温度的升高,气体产量也增大;与原煤相比,恒温30℃和50℃解吸附煤样的耗氧速率、放热强度均小于原煤;在70℃之前,恒温70℃解吸附煤样与原煤的耗氧速率和放热强度相似,在90~110℃之间出现交叉温度点,交叉温度点之前原煤的耗氧速率、放热强度大于恒温70℃解吸附煤样,之后小于原煤,说明不同恒温解吸附过程对煤的自燃特性的影响具有一定的差异。     

离子液体改性活性炭的CO2吸附和扩散性能

采用浸渍法将活性炭用1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐([Bmim][TFSI])进行改性处理,制得一系列活性炭负载离子液体,并对其进行了FTIR,TG和SEM表征。研究了浸渍液浓度和浸渍时间对样品孔径分布、CO2吸附量、CO2/N2选择性和抗水性能的影响,并分析了CO2在活性炭负载离子液体内的吸附扩散行为。结果表明：浸渍时间是影响样品CO2吸附性能的关键因素,当离子液体浓度为0.24 mol/L浸渍3 h时,样品能较好地保持活性炭发达的孔道特征,在0.1 MPa和298 K时的CO2吸附量达8.65%;与空白活性炭相比,[Bmim][TFSI]改性处理能显著提高CO2/N2的选择性和抗水性;负载离子液体具有较快的CO2扩散速率,其扩散系数比纯离子液体高2个数量级。     

煤直接液化中油煤浆热溶产物的变化

在高压釜中用不同溶剂在不同温度下（250~370 ℃）考察了神华煤、新庄煤和Westerholt煤热溶产物的变化.结果发现：这3种煤的热溶行为不同,故热溶产物的组成也不同.神华煤以前沥青烯为主,随温度升高,神华煤热溶产物沥青烯生成量变化较为平稳,而前沥青烯生成量逐渐上升,到370 ℃时前沥青烯的生成量已增加到19.9%.新庄煤在低于310 ℃时两种中间产物相差不大,在高于310 ℃以后,沥青烯的生成量增加很快,逐渐占主导作用,其中间产物以沥青烯为主.Westerholt煤的热溶行为与新庄煤类似.采用红外光谱、固体核磁共振对神华煤及其热溶中间产物与抽余煤分析可知,神华煤经热溶处理后,脱除了一些含氧官能团以及某些脂肪烃结构,此外还发现热溶中间产物、抽余煤与原料煤的基本有机结构相似,表明热溶中煤的主体结构尚未发生变化.     

基于流变实验和红外光谱检测的高煤级煤流变特征

通过对沁水盆地高煤级原生结构煤(镜质组最大反射率Ro,max=2.571%)样品进行不同温压和不同应变速率流变实验,并对实验前后样品进行傅里叶变换红外光谱(FTIR)检测,深入研究了高煤级煤的流变特征,同时探讨了其流变条件。结果表明：不同温压和应变速率下,煤岩发生了不同程度的流变。当温度在300 ℃时,样品开始表现出脆性流变向脆韧性流变转换的特征;温度接近400 ℃,煤岩可见韧性流变特征;高煤级煤脆性向韧性转化能够提高其煤化程度;通过红外光谱测试,高煤级原生结构煤随着流变程度的不断增强,其脂肪族结构发生不同程度的变化,而芳香族结构有所增加,韧性流变煤结构有序度大为提高。将流变煤结果与同类型的天然流变特征对比发现：实验流变煤的显微构造和大分子结构与天然条件下是一致的;300~400 ℃是实验室高煤级煤岩发生脆韧性转换的条件,而地质演化过程中高煤级煤在较低应变速率下脆韧性转换的温度可能为50～150 ℃,在较高应变速率下脆韧性转换的温度可能为100～250 ℃。     

FTIR法对准格尔煤两级分次萃取物的分析

采用石油醚和CS₂溶剂进行两级分次萃取的方法, 以FTIR为分析测试手段, 研究了准格尔煤中可溶分子的溶出行为. 研究结果表明: 两种溶剂的累积萃取率曲线在特殊时间段均存在两个梯级; 由红外谱图和萃取率曲线可基本判别出特定分子的溶出时间; 石油醚萃取物谱图中表征脂肪族2 951～2 858 cm^-1的吸收峰总体呈大小交替变化; 而CS₂萃取阶段萃取物的红外谱图可分为3个部分, 每一部分谱图在3 410 cm^-1处反映氢键缔合的-OH(或-NH)及酚、醇、羧酸和过氧化物等的吸收峰总体变化不大, 而1 300～1 100 cm^-1 处的酚、醇和醚组分以及860,750 cm^-1处的取代芳烃和1 730 cm^-1处的吸收峰变化明显, 总体都呈减小的趋势; CS₂与石油醚萃余煤作用36 h后, 某段特定链长的脂肪烃爆发性大量溶出.      

褐煤同参数液态水热和蒸汽水热提质对比

通过改变煤水布置方式,分别对霍林河褐煤进行同参数下液态水热提质和蒸汽水热提质处理,考察不同水热提质方法对褐煤理化结构和水分复吸特性的影响。实验结果表明,蒸汽水热处理与液态水热处理的脱水、提质效果相似,但前者能有效降低有机组分损失,提高褐煤产率。随温度升高,两种水热提质煤孔隙结构均呈现先增长后减小趋势,但蒸汽水热提质煤孔结构在250℃以后才发生明显下降。随温度升高,水分形态对含氧官能团脱除的影响逐渐减弱,但液态水热处理对褐煤中脂肪族等有机结构降解作用更强。在300~350℃,由于含氧官能团的脱除和孔结构收缩,两种水热处理均对褐煤水分复吸行为有显著抑制作用,但采用蒸汽水热处理能有效降低固体损失,工程应用前景更好。     

离子液体在萃取分离中的应用现状与发展趋势

近几年,离子液体作为一种新型理想的“绿色溶剂”已广泛应用于湿法冶金行业。本文主要阐述了离子液体的发展、种类以及性质,并对离子液体作为萃取溶剂萃取分离碱金属、碱土金属、重金属以及过渡金属离子进行了评述。归纳发现：在咪唑类离子液体中加入螯合剂,可以提高萃取率,而且含有醇硫官能团的咪唑类离子液体对许多金属离子的萃取分离都有明显的效果；离子液体萃取与电沉积相结合可以成功分离出碱金属和碱土金属；还有一些功能化离子液体用在工业废水和公共污水中萃取重金属离子的效率颇高；离子液体萃取过渡金属离子的能力比较薄弱需要加入其他萃取剂加以增强。本文对离子液体萃取分离的应用现状指出了问题,展望了其未来的发展方向。     

密闭火区内惰性环境下烟煤自燃特性变化

在注惰后的井下密闭火区中，氧浓度较低，高温与惰性气体共存，高温与CO2或N2等惰性气体的共同作用会在一定程度上影响煤的自燃特性。以安徽淮北青东8号煤为例，在200 ℃下的惰性或低氧环境（CO2,N2,10%O2）内对煤样预处理12 h。通过红外光谱、孔隙分析、热重测试研究煤样处理后的物理化学变化，并通过程序升温氧化实验对比煤的氧化产物浓度。结果表明，处理后煤样的活化能降低，临界温度降低，自燃特性增强，中孔及大孔的比例增加，渗透率和孔隙率明显增高；煤中C-O，C〖CDS1〗O等活性基团增多，而-OH和杂原子官能团含量减少。煤表面形成各类裂隙孔隙相互沟通，增强了气体在煤中的流动性。     

不同φ(CO2)/φ(O2)比例对煤自燃特性的影响

为了研究CO₂对煤自燃特性的影响,利用热重与质谱联用技术测试了阳泉五矿煤在不同φ(CO₂)/φ(O₂)比例下的氧化燃烧过程,分析了热重曲线,特征温度点,放热量与气体逸出规律。研究结果表明:随着φ(CO₂)/φ(O₂)比例增大,热重曲线向高温偏移,特征温度点升高,燃烧剧烈程度降低,气体逸出温度升高;温度小于360℃前,放热量相差较小;温度继续升高后,在相同温度下,放热量随氧浓度降低而降低;由于CO₂与H2反应产生CH₄,所以CO₂含量越高,CH₄逸出强度更高;同时,煤在低氧浓度下更易不完全燃烧,所以会产生更多CO;相较于空气氛围,CO₂浓度高于88%时才具有抑制作用。     

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。