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。     

陕南地区中煤阶煤分子结构演化特征

为研究陕南地区中煤阶煤结构中官能团的变化,以北秦岭商洛煤产地和上扬子镇巴煤产地的8个中等变质程度煤样为研究对象,采用X射线衍射和傅里叶红外光谱对煤结构进行表征,结合分峰拟合来获取官能团的相对含量及结构参数。结果表明：随着镜质体反射率增大,芳环层面网间距逐渐减小,堆砌度与延展度逐渐增大,芳香度在反射率为1.30%时出现拐点;中煤阶煤芳香结构中苯环取代方式以三取代和二取代为主,随着变质程度的增高,苯环二取代的比例升高,脂肪族结构逐渐脱落导致相对比例降低,含氧官能团的吸收峰强度逐渐减弱,其中在反射率为1.3%时羰基相对含量最低;自缔合羟基、醚氧羟基和环羟基的相对含量均呈先减小后增大的趋势,煤分子结构中链状结构的环化使环状羟基相对含量在反射率为1.30%后增大,环化作用增强导致甲基含量减少,分子结构空间排列紧密,自缔合羟基相对含量增加;红外结构参数芳碳率、芳香性、芳香环缩聚程度和CH₂/CH₃等随反射率的增大而增大,成熟度的变化与醚氧或酚羟基的转化相关。总体上芳香结构相对含量增大,脂族结构减少,缩聚程度增加,生烃潜力随反射率增大,反映煤结构的生烃潜力...     

影响煤氧化自燃的微观结构特征分析

为研究不同变质程度煤表面活性微观结构与氧化自燃能力的影响关系,揭示不同变质程度煤的微观自燃机理。采用X射线衍射仪、比表面积分析仪和扫描电子显微镜等实验分析手段,对褐煤、长焰煤、不粘煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤和无烟煤等9种不同变质程度的煤样,进行XRD,比表面积和微观结构测试分析。结果表明:随着煤样变质程度升高,煤微观结构中的芳香层片尺寸变大,芳香层片的延展度和堆砌度则不断增强;煤的孔隙结构随变质程度的升高不断缩小,比表面积不断增大,煤的孔隙结构和表面积差异是引起不同变质程度煤氧化过程吸氧量不相同的主要原因,阐明了不同变质程度煤的微观结构的异同是影响煤低温氧化能力的主要因素。     

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。     

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.     

离子液体[BMIM][BF_4]浸泡时间对煤微观活性结构的影响

为探究经离子液体浸泡后煤样表面微观结构的变化,用离子液体[BMIM][BF_4]将长焰煤煤样浸泡2,30,90和180 d,分别采用Quanta 450场发射扫描电子显微镜,X射线衍射仪和傅里叶变换红外光谱仪对煤样的外部形貌、微晶结构以及官能团变化进行了分析。实验发现:随着离子液体浸泡时间的增加煤的外部形貌变的更粗糙,对煤表面结构破坏程度更大;经离子液体浸泡煤样的脂肪烃和含氧官能团的峰面积比原煤样小。其中,浸泡180 d的煤样煤化度最高,煤分子表面缩合度更高,结构更紧密,煤微晶结构中脂肪族侧链溶解最多,煤表面分子结构中的含氧官能团变化最明显。离子液体[BMIM][BF_4]对煤样表面微观结构的破坏随着浸泡时间的增加越来越大,煤化度越来越高,[BMIM][BF_4]浸泡180 d对煤样表面微观结构影响最大。     

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．     

红外光谱定理分析煤中脂肪碳和芳香碳

利用FT－IR光谱分析和合适的光谱分峰程序，把煤的红外吸收光谱分解为38个Gaussian分布的峰，基于煤中芳香－CH和脂肪－CH的振动对红外光谱的吸收贡献，对我国煤化程度显著差异的18种煤的红外光谱进行研究，确定了煤中的芳香－CH和脂肪－CH含量，获得了我国煤的结构参数，实验表明煤的Har/Hal和芳香度（fa)与煤化程度的有关，碳含量85％是煤的特征值。     

济宁矿区埋深影响下粒径对煤自燃倾向性的影响

深部煤层开采过程中,自燃倾向性增大。选取济宁矿区不同埋深煤样进行工业分析,测试表明:随埋深增加,其含碳量、挥发分增大;同条件破碎粒径分布规律表明,随埋深增加,小粒径占比增加,其中深部煤样粒径20μm以下占比最大。针对不同埋深、不同粒径煤样空气中温升氧化产物,傅里叶红外光谱分析表明,随着埋深增加,2 930cm~(-1)处—CH_3、—CH_2逐渐减弱,3 420cm~(-1)处—OH的伸缩振动逐渐增强,含氧官能团增加;随粒径减小,煤活性官能团变化显著,其吸附氧能力增强。热重分析将煤低温氧化分为增重、失重、动态平衡和再增重四个阶段;随埋深增加,初期煤的吸氧迅速增重,随温度升高,其失重明显,后期又快速增重;随粒径减小,煤后期吸氧能力有显著增加,其自燃危险性增大。     

参比氧化法研究煤低温氧化特性

为了研究煤低温氧化过程的热释放特性，提出了一种新的参比氧化实验方法，即对氧化煤样罐通入氧气使煤氧化，而对参比煤样罐通入氮气作为比较；同时提出了参比氧化法的理论模型，并根据该模型推导出煤低温氧化产热速率的计算方法。对4种不同变质程度的煤样进行了实验，得出了参比氧化法过程中氧化煤样温度，参比煤样温度，氧化与参比煤样温度差和煤的低温氧化过程产热速率，并对煤的自燃倾向性进行了比较。在实验基础上，提出煤在实际自燃过程具有比较明显的四个阶段的理论。     

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。     

乌达烟煤的微观结构与自燃的关联性分析

为探讨煤微观结构对煤自燃的影响,借助了傅里叶变换红外光谱仪分析和确认乌达烟煤微观结构中所含的各类官能团,并对煤样辅以工业分析和元素分析。通过对乌达烟煤微观结构的定性分析得出：同一煤层煤样的红外光潜图其峰形基本一致,只是峰强不同：煤结构中的含氧官能团、芳香度的高低和烷基侧链对煤自燃影响较为显著,决定了煤与氧发生氧化反应的难易程度。     

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.     

不同自燃倾向性煤的氧化机理对比分析

为分析煤样的自燃发生发展过程以及实验煤样的自燃机理,研究从不同自燃倾向性煤样的氧化机理入手,选取具有不同自燃倾向性的阜生、五阳煤样进行实验,通过热重实验对比分析不同自燃倾向性煤样的特征温度、热失重速率及阶段质量变化率参数,并结合红外光谱实验对低温氧化过程中主要官能团的分布特征及随温度的变化规律进行对比分析。结果表明：不同自燃倾向性煤样的煤氧反应差别主要体现在热重实验的T2 -T3和T4 -T5两个阶段;硫对煤氧反应的影响主要体现为常温下发生氧化释放热,促进小分子化合物的氧化裂解,进而引发自燃;煤自燃特性与原始煤样中官能团的分布特征关系较小,主要由煤分子结构中的侧链体系（桥键、侧链基团及活性官能团）所决定,侧链体系作为直接与芳环骨架连接的煤分子结构,本身具有较高的化学活性,在氧化分解的过程中降低了煤分子结构的稳定性。     

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。     

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。     

甲醇萃取枣庄残余煤中的有机产物分析

本研究为进一步分析残余煤中的有机成分,采用的是甲醇溶剂对枣庄残余煤进行了索氏萃取,并利用GC/MS/MS对萃取物的组成进行了分析.结果表明枣庄残余煤甲醇萃取物中GC/MS/MS可检测到化合物46种,其中酯类占多数,其次是脂肪烃,芳香烃占少数,含部分含氮化合物.这可推测氧化后的残余煤样中可能含有的烃类物质为芳香烃、脂肪烃,含氧化合物有醇、吡啶及醚类,还可能有胺类和芳香硝基化合物.     

煤官能团对煤自燃倾向性的影响

为防治矿井自然发火,剖析煤的自燃倾向性,利用交叉温度点法和红外光谱图分峰拟合分析煤自燃倾向性和官能团内在的联系;通过气相色谱-程序升温、红外光谱等实验,得出当煤自燃综合判定指数I数值越大时,煤自燃倾向性越小;煤中芳香烃-C=C-官能团含量增加,含氧官能团-COOH、-OH含量减少时,煤变质程度在加深,煤的自燃倾向性能力减弱。     

红外光谱法研究油页岩及干酪根的生油能力

采用Lorentzian分峰拟合,A-C因子和含100%脂肪链的微晶石蜡为标准物质的方法对油页岩及去矿物油页岩干酪根红外吸收光谱进行了研究,分析了干酪根中各种烃的成分和含量.结果表明:油页岩及去矿物油页岩中有机质均为Ⅱ型干酪根;去矿物能使支链从干酪根主链上脱落,但去矿物程度不宜过大.随着去矿物程度加深,干酪根脂肪链含量、红外谱图中CH2与CH3吸收峰面积的比值和脂氢/芳氢面积比值先增大,后减小;油页岩经酸碱处理后,干酪根中脂肪链的含量可达到54.06%,CH2与CH3吸收峰面积的比值为7.11,脂氢和芳氢的面积比值为2.73.无机矿物质的去除使干酪根的生油潜力得到提高.