褐煤表面官能团的分布特征及量子化学分析

为了揭示煤中官能团活性大小顺序,采用原位傅里叶红外光谱法对北皂褐煤进行漫反射测试,分析了褐煤中各官能团的分布比例.基于各官能团同等构连条件建立了褐煤的红外简化化学结构模型,并对模型进行了量子化学分析.煤中主要活性官能团以甲基亚甲基和羟基最多,其次是羰基、羧基和芳烃上的碳氢键.通过模型的振动频率和前沿轨道分析,得出实验和计算结果所示各官能团振动位置相一致.结合各官能团含量和活性大小可知,煤自燃过程中关键性的官能团是羟基和甲基亚甲基基团,其次是羧基.     

东北某露天矿褐煤干燥提质对水分复吸的影响

东北某露天矿褐煤因水分含量高,使用前需要进行干燥提质处理,以提高其燃烧热效率.为研究褐煤干燥提质后对水分复吸的影响,利用傅里叶变换红外光谱仪(Fourier transform infrared spectrometer,FTIR)、差热/热重分析仪(differential analysis/thermogravimetric analyzer,DTA/TG)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)等先进分析手段,结合干燥提质工艺,研究褐煤干燥提质对水分复吸的作用.结果 表明:东北某露天矿褐煤所含主要官能团包括:羟基、亚甲基、甲基、羰基、羧基和醚键.干燥提质后褐煤含水率由44.78％降至25.07％.干燥提质后褐煤静置9d后的含水率为25.75％,水分含量随时间增长无明显变化,水分吸附逐渐达到动态平衡.由于褐煤结构中的孔洞和裂隙减少,含氧官能团分解,干燥提质后褐煤对水分子的吸附能减弱,因此水分复吸不明显.干燥提质可以有效的抑制褐煤对水分子的吸附.     

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.     

水热处理后的褐煤红外光谱分析

为了缓解我国能源利用的负担,加大褐煤综合加工利用的力度,研究了褐煤在水热处理条件下官能团发生的变化,利用高压釜对锡林浩特褐煤进行水热处理,通过红外光谱分析仪对处理后褐煤官能团的变化进行分析.结果表明:经水热处理后的褐煤,羟基含量明显降低,饱和烷烃和取代芳烃侧链有所增加,含氧官能团如芳酮的羰基有所减少,工艺性能提高了.     

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。     

原始赋存水分对煤自燃过程的影响及作用机制研究

通过干燥处理褐煤原煤,制备出不同含水量的褐煤煤样,用程序升温氧化装置实现煤自燃过程模拟,利用原位傅里叶红外变换光谱仪测定煤自燃过程中氧化煤样活性官能团的变化,同时利用氮吸附仪和热分析仪表征煤自燃过程中微观比表面积和质量的变化规律,探讨原始赋存水分对煤自燃过程影响作用机制。原始赋存水分对煤自燃过程的作用机制主要表现在4个阶段:在缓慢氧化阶段,外来水分对煤氧化主要起到了物理抑制作用,外来水分的持续挥发引起煤体质量与羟基和羧酸组分含量的降低;在加速氧化阶段,煤中水分直接参与反应,对煤氧化起到化学促进作用,羧基类化合物含量开始显著增长,原始赋存水分对煤氧化的抑制作用逐渐减小;在快速氧化阶段,煤体原始赋存水分基本脱除,内在水分脱除过程中煤体孔隙结构持续坍塌碎裂,产生新活性点位,对煤氧化反应过程表现出延迟促进效应,内在水分主要作用于中间络合物生成和分解以及气体的释放;当煤体温度达到180℃后,原始赋存水分参与和影响煤氧化反应过程效果微弱,煤体自燃特征趋于一致。     

化学修饰对花生壳吸附染料能力的影响

通过逐一对花生壳的氨基、羧基、羟基等重要官能团进行化学修饰,研究了他们在离子型染料吸附中的作用.吸附实验结果表明:在六种染料的吸附过程中羟基都起着重要作用;羧基阻碍阴离子染料的吸附,但却是阳离子染料吸附的主要官能团;氨基甲基化对六种染料的吸附的影响不显著.花生壳化学修饰前后的红外光谱和X-衍射图谱也出现相应的变化.     

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。     

水热处理对褐煤性质及型煤抗压强度的影响

针对褐煤资源难以有效利用的现状,采用水热处理法进行褐煤改质成型实验,分析水热处理对褐煤性质及型煤抗压强度的影响。结果表明,经过水热处理后的褐煤,酚羟基和羧基含量明显降低,饱和烷烃有所增加;随着水热处理温度升高,煤中内在水分、挥发分降低,型煤的抗压强度提高。该研究为褐煤的进一步加工利用奠定了基础。     

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。