塔里木盆地煤显微组分显微傅里叶红外光谱特征及意义

应用显微红外光谱技术,对塔里木盆地侏罗纪煤中有代表性的3种组分角质体,镜质体、丝质体在不同热模拟温度下的结构组成变化特征进行了研究,结果表明：角质体结构组成中含有较丰富的长链脂族结构,而芳香结构和含氧官能团的含量则相对减少;与此相反,丝质体结构组成中芳香烃占绝对优势,而脂族结构含量则很少,镜质体结构组成介入体和丝质体之间,含有较多的短链脂族结构和芳香结构。据此推断,角质体具有高的生烃潜力,是一种倾油组分;镜质体生烃潜力中等,是一种倾气组分,但也可以生成一定数量的液态烃;丝质体生烃潜力很小,对煤成烃的贡献微不足道,另外,随热模拟温度的升高,3种组分中的脂族结构和含氧官能团都呈现明显的由强到弱的变化,而芳香结构比较稳定,在整个生烃热演化过程中则呈现芳环缩合度增加芳烃相对富集的趋势。由此说明,煤生烃过程主要是一种脂族结构和含氧基团不断脱落,芳香结构不断缩聚的过程。     

不同变质程度煤在氧化过程中的表面官能团红外光谱定量分析

为研究煤在低温氧化过程中的官能团变化特征,首先利用同步热分析仪对不同变质程度煤样进行程序升温实验,并在特征温度点对其进行恒温氧化处理,然后借助傅里叶变换红外光谱法(FTIR)对原煤和氧化煤样进行分析,并对红外光谱曲线进行分段分峰拟合,计算各煤样低温氧化官能团峰面积变化和红外光谱结构参数。研究结果表明:在低温氧化过程中煤的羟基和脂肪烃的谱峰强度逐渐减弱,脂肪氢的峰面积占比不断降低,含氧官能团的峰面积占比不断减少,取代芳烃的峰面积则基本不变,同时氧化初期煤分子中芳香核较稳定,不易参与反应;低变质程度煤中脂肪烃多以短链存在,且支链化程度较高;随着煤变质程度加深,煤分子中脂肪氢的峰面积占比逐渐降低,芳香环的聚合程度则不断增强。     

鸡西煤的X—射线衍射特征

通过对鸡西煤的X-射线衍射特征的研究,分析了鸡西煤田煤的结构及变质特征。结果表明:随着煤级增加,煤的芳香核逐渐增大,各种官能团不断脱落,煤的结构趋向于石墨化方向发展。     

塔里木盆地煤显微组分显微傅里叶红外光谱特征及意义

应用显微红外光谱技术,对塔里木盆地侏罗纪煤中有代表性的3种组分角质体、镜质体、丝质体在不同热模拟温度下的结构组成变化特征进行了研究,结果表明:角质体结构组成中含有较丰富的长链脂族结构,而芳香结构和含氧官能团的含量则相对较少;与此相反,丝质体结构组成中芳香烃占绝对优势,而脂族结构含量则很少;镜质体结构组成介于角质体和丝质体之间,含有较多的短链脂族结构和芳香结构.据此推断,角质体具有高的生烃潜力,是一种倾油组分;镜质体生烃潜力中等,是一种倾气组分,但也可以生成一定数量的液态烃;丝质体生烃潜力很小,对煤成烃的贡献微不足道.另外,随热模拟温度的升高,3种组分中的脂族结构和含氧官能团都呈现明显的由强到弱的变化,而芳香结构比较稳定,在整个生烃热演化过程中则呈现芳环缩合度增加芳烃相对富集的趋势.由此说明,煤生烃过程主要是一种脂族结构和含氧基团不断脱落、芳香结构不断缩聚的过程.     

煤结构的X射线分析

本文简要评述了煤结构的研究工作。对煤的X射线散射强度解析表明,煤结构模式可设想是较小的缩聚芳香环体系按一定方式组成较大的含有缺陷的弯曲层片,它们局部平行堆砌形成了三维结构单位,其结构单位又按一定规律组合定位。本文还研究了随煤变质程度增高时煤结构的变化规律。     

中等变质程度煤中羟基的红外光谱分析

利用FTIR光谱分析及光谱分峰程序,对几种中等变质程度的煤样的红外光谱进行分析,六类羟基在我们所研究的中等变质程度煤中均存在,但是对于同一煤来说,六类氢键不一定同时存在于煤结构中。因此得出中等变质程度煤中含有少量的自由羟基和环氢键,主要羟基类型是OH—,πOH—OH,OH—醚氧以及它们的变化规律:羟基-π氢键随O/C比的减小而增大,醚氢键则先增大而后减少,羟基之间相互作用形成的氢键则先减小,而后增大,进而成减小趋势。     

煤的热解研究III.煤中官能团与热解生成物

借助化学分析和ＦＴＩＲ光谱分析对我国煤化程度不同的１８ 种煤中官能团的研究表明：煤中官能团含量与煤化程度有关;煤中羧基、羟基及醚键等其他含氧官能团的含量与热解生成物ＣＯ２、Ｈ２Ｏ 和ＣＯ 的产率有关,脂肪—ＣＨ 的含量与甲烷和焦油的产率相关联,芳香—ＣＨ 的含量与热解半焦产率有关。煤的热解生成物主要是煤中官能团的断裂所致。     

煤的热解研究Ⅲ.煤中官能团与热解生成物

借助化学分析和ＦＴＩＲ光谱分析对我国煤化程度不同的１８种煤中官能团的研究表明：煤中官能团含量与煤化程度有关;煤中羧基、羟基及醚键等其他含氧官能团的含量与热解生成物ＣＯ２、Ｈ２Ｏ和ＣＯ的产率有关,脂肪－ＣＨ的含量与甲烷和焦油的产率相关联,芳香－ＣＨ的含量与热解半焦产率有关。煤的热解生成物主要是煤中官能团的断裂所致。     

离子液体处理对煤微观活性结构的影响

利用X线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和红外光谱(FTIR)研究离子液体1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([EMIm]BF4)和1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIm]BF4)对煤中微观活性结构的溶解破坏作用.研究结果表明:离子液体处理煤中的矿物质质量分数降低,芳香层片直径减小,说明离子液体能够溶解除去煤中部分无机矿物质,并对微晶结构的脂族侧链有溶解破坏作用;[BMIm]BF4处理煤的结构有序程度提高,侧链支链等无序结构减少;离子液体处理煤中活性较高的羟基、醚氧键含氧类官能团和甲基、亚甲基脂肪烃类官能团的总体质量分数降低,芳环类C-H基团和C=C基团的活性也减弱.[BMIm]BF4对煤中各类微观活性结构的溶解破坏作用要明显强于[EMIm]BF4的破坏作用.     

煤加氢液化和苯加压萃取所得沥青质组成结构的研究

借助~1H-NMR、IR、分子量测定和元素分析,采用Brown-Ladner方法,研究了煤加氢沥青质(Ⅰ)和苯加压萃取沥青质(Ⅱ)的组成结构,计算了碳原子分布、芳香度、芳环和脂环数等结构参数,推测了它们的化学结构模型,并与煤的化学结构模型进行了比较。Ⅰ随反应温度增加,芳香度急剧提高。390℃、430℃和470℃时,其芳香度分别为0.78、0.85和0.91,说明在高温下发生了脱氢反应。Ⅱ的芳香度随煤的变质程度增加而提高,其组成结构与煤本体没有根本的差别,是分散在高分子结构中的低分子化合物。     

蒙西侏罗纪煤低温氧化红外官能团分析

侏罗纪煤成煤时代较新,变质时间较短,与其他时期煤相比,其内在微观分子结构也存在区别。为了弄清楚侏罗纪煤原始煤样及低温氧化至200摄氏度后官能团特性及其变化规律,采集内蒙古西部地区侏罗纪煤层煤样4组作为实验对象,使用Nioclet i S5型傅里叶变换红外光谱仪,采用溴化钾压片法,分别对侏罗纪原始煤样及低温氧化至200摄氏度煤样进行红外官能团实验,并得到对应红外光谱图。实验结果表明侏罗纪煤样在低温氧化过程中(氧化至200摄氏度),羟基对煤氧复合作用有较大影响;脂肪烃是对试样煤样氧化过程中影响较大的官能团之一;含氧官能团参与了实验煤样低温氧化过程,但其影响作用较小;芳香烃对实验煤样低温氧化过程无明显影响。     

神府煤低温氧化过程中官能团结构演变

在空气流化床中,从室温至200℃范围内每隔25℃分别对神府煤进行3h的氧化,运用FTIR技术分析了神府煤和其氧化产物中各官能团组成,并采取峰拟合手段和红外差减光谱定量地分析了随着温度的升高这些官能团的变化趋势。结果表明,神府煤低温氧化后,甲基、亚甲基等脂肪烃侧链与氧反应导致其含氧官能团增加和芳香族部分相对比例提高,在低于200℃的情况下,芳香环没有参与氧化反应。最后推测了煤炭低温氧化的一般反应历程。     

煤的化学结构及仪器分析方法

针对煤的氧化自燃理论的深入研究,结合煤结构的分析仪器,对不同变质程度煤的XRD光谱、拉曼光谱、红外光谱以及原子力显微镜等实验方法进行了研究,并对不同变质程度煤的实验数据所呈现出的规律性变化进行了讨论.研究发现,X-射线衍射法能够揭示煤中原子排列的有序性等信息;IR光谱和Raman光谱能够得到煤中所含有官能团的种类、脂肪以及芳香结构等方面信息;在原子力显微镜下可以观测到煤表面微结构等相关信息.     

鸡西煤化学结构的演化

采用Ｘ射线衍射、红外光谱等手段对鸡西煤不同煤化作用阶段煤结构演化进行了研究．Ｘ射线衍射分析显示，随着煤化程度增加，反映芳香核大小的Ｌｃ和Ｌａ都逐渐增加，而芳香层间距ｄ００２逐渐减小；红外光谱分析显示，不同变质程度煤中都含有芳烃，随着煤化程度加深，芳香核的缩合程度增加，醇、酚、羟基等侧链基团的吸收峰逐渐减弱．     

酸洗处理对新疆和丰煤结构的影响

运用工业分析、元素分析、热重分析和红外光谱分析的方法,对比分析了新疆和丰煤在酸洗脱灰前后结构的变化。研究结果表明:酸洗处理能够将煤中灰分质量分数降低至1.52%,灰分脱除率高达92.82%。酸洗处理会对煤样产生弱破坏作用,但不会破坏煤的大分子网络结构。通过红外谱图分峰拟合可以发现:酸洗处理能够有效脱除煤中矿物质,对煤中脂肪类物质影响较小,对芳香结构和含氧官能团影响较大。在酸洗过程中芳香结构会发生取代反应,烷基醚和芳基醚的相对质量分数显著减少,而酚羟基的相对质量分数显著增加。     

酸碱脱灰对煤结构及其热解特性的影响

通过酸碱脱灰制备超纯煤,运用X线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、红外光谱(FTIR)和热重(TG/DTG)等分析技术研究酸碱脱灰对煤结构和热解特性的影响。研究结果表明:酸碱脱灰达到很好的脱灰效果,煤样灰分质量分数降低到0.5%以下;脱灰处理破坏煤中碳微晶结构,使煤中分子结构有序性减弱;脱灰煤中羟基和甲基、亚甲基脂肪烃类官能团含量减少,Si—O—Si和Si—O基团消失,酚、醚类含氧官能团含量显著增加;脱灰对低阶煤的分子结构影响较大;在热解过程中,脱灰煤的初始分解温度(ts)和最大质量损失温度(tmax)均向低温区推移;灰分脱除降低传质传热的势垒,有助于促进热解反应。     

油页岩半焦燃烧过程中官能团演化特性研究

对汪清油页岩半焦、龙口油页岩半焦、窑街油页岩半焦在空气气氛下,进行管式炉燃烧试验;分别制备不同燃烧终温(400~900℃)的灰样;然后,用傅里叶变换红外(Fourier transform infrared,FTIR)光谱仪进行样品测量官能团的测定,通过FTIR的分峰拟合处理,对试样进行定性及半定量的分析。结果表明:WQSC、LKSC、YJSC三种半焦的红外谱图结构相似,部分吸收峰的峰强度存在差异,且羟基区的振动吸收很弱,半焦中不存在明显的羧基振动吸收。随着燃烧的进行,羟基吸收逐渐消失,酚、醇、醚、酯的C-O键相对含量增加,羰基含量呈波动变化;同时在燃烧过程中芳香骨架振动逐渐减弱,脂肪烃也随不断氧化而减少。     

黄铁矿对煤氧化表面官能团的影响

采用原位漫反射傅里叶变换红外光谱仪,对添加不同黄铁矿含量的四川地区无烟煤进行了原位漫反射红外光谱测试,利用OPUS软件对实验数据进行处理分析,研究了黄铁矿对煤自燃氧化过程中表面官能团的影响,分析了不同黄铁矿含量的煤样在氧化升温过程中芳烃结构、脂族结构以及含氧官能团的变化规律。发现在煤低温氧化过程中,黄铁矿会促进多种取代芳烃、亚甲基、分子间缔合氢键的产生,同时减少芳香烃C=C双键的消耗;煤分子中亚甲基的消耗量随黄铁矿含量的增加而先减小后增大,分子间缔合氢键的减少量随黄铁矿含量的增加而先增大后减小,黄铁矿添加量为1%时,产生的亚甲基最多,分子间缔合氢键的减少量最大。结果表明,黄铁矿会促进亚甲基、含氧官能团等活性基团的产生,加快煤自燃进程,对煤自燃具有促进作用。     

褐煤低温氧化分子结构单元变化特性

为了进一步揭示煤自燃微观反应机理,通过电子自旋共振试验和傅里叶红外光谱试验,对褐煤氧化升温过程中自由基和官能团等分子结构单元的变化进行研究,并对两者的反应路径进行量子化学分析。研究结果表明:在氧化升温过程中,自由基浓度持续增长,220℃时显著增大85.6%,说明低温氧化阶段自由基产生量大于消耗量,自由基总量增加可以提高反应体系的反应活性;过渡产物—COOH含量呈近似指数型增长,220℃时增加72.3%,游离态·OH、氢键自缔合—OH和酚、醇、羧酸—OH这3种基团含量均逐渐降低,20～60℃时是快速降低区;煤中官能团等结构单元与氧气间的链式反应有2种反应路径,即线性路径和交叉/循环路径;线性反应路径通过羟基自由基等关键基团参与的多活性链式位点反应转换到交叉/循环反应路径,这种转换将加快煤自燃反应进程;特定官能团的含量变化是该官能团在不同反应路径中参与的多个反应序列竞争结果的体现,反映了官能团在煤自燃过程中的不同反应机制。     

热老化对不同沥青组成结构和性能的影响

为了研究热老化对沥青组成结构和性能的影响,利用色谱柱法和傅里叶变换红外光谱对不同品种沥青热空气老化前后的化学组成、分子结构和高低温性能进行了测试表征,并分析了组成结构与性能之间的相关性。化学组成和红外光谱分析表明,在热空气老化过程中沥青的饱和分含量基本不变,芳香分结构中的脂肪烃支链易断链而发生氧化缩聚,导致芳香分转化为胶质和沥青质,使沥青的脂肪族指数减少、芳香族指数以及羰基和亚砜基指数增大;随热老化温度升高,沥青的软化点和粘度升高、低温柔性降低,但不同品种沥青的抗老化性能表现出明显的差异,饱和分含量高、芳香分含量低以及芳香族指数小的沥青具有更好的抗老化性能。