煤系石墨微晶结构各向异性和非均质性的拉曼光谱表征

煤对温度和压力等地质环境条件十分敏感,在构造应力驱动下煤中“石墨微晶”结构取向生长,物理化学和结构呈现各向异性。采用X射线衍射和拉曼光谱对不同石墨化程度样品进行表征,结果表明:在高温主导,剪应力作用参与下,煤层顺层滑动,构造变形使石墨微晶旋转、择优取向,随着沿C轴方向堆砌高度的增加。以堆砌度Lc≤5 nm划分为无烟煤阶段,为碳层随机定向或无规则排列的紊层结构,光学各向同性;以Lc≥30 nm时视为较完善石墨结构形成的标志,光学各向异性显著;在10~20 nm间属于石墨化结构不够完善的过渡态结构(半石墨阶段)。石墨阶段样品SXL100、SXL130层理面、边缘面和粉末的拉曼光谱中1350 cm^(-1)带(D_(1))、1620 cm^(-1)带(D_(2))都较明显,但是石墨边缘面拉曼光谱中D1峰半高宽、D_(1)与G峰强度比(I_(D1)/IG,R_(1))、D_(2)峰与G峰强度比(I_(D2)/IG,R_(3))显著高于层理面,显示强度比等拉曼参数依赖于煤系石墨边缘面的取向。D1峰强度依赖样品缺陷或无序程度,边缘面D_(2)峰具有非对称特征,双峰结构显著,并且D′1峰随D_(2)峰变化,亦显示边缘面缺陷的光谱行为。用煤系石墨缺陷密度或有序度表征指标R_(1)划分无烟煤(R_(1)≥1.0)、半石墨(1.0>R_(1)≥0.5)和石墨(R_(1)<0.5)等阶段,并评价煤系石墨均匀程度及不同石墨化程度组分的比例及分布,发现变质无烟煤CM130N样中超前演化达到半石墨结构占比达3.52%,半石墨BC210样中无烟煤结构占比46.40%,SXL130样整体石墨化,但其中无烟煤结构占比仍有3.84%,层理面和边缘面结构中仍存在缺陷,建立的方法在区分无烟煤、半石墨更具优势。在拉曼激光入射方向一定时,可利用R_(1)、R_(3)参数来探讨受构造应力影响的煤系石墨层理面拉曼光谱特征,分别评价了石墨化不均一性和石墨微晶取向。

辽宁抚顺和新疆吉木萨尔煤精的显微组成和拉曼光谱对比研究

煤精又称煤玉,是一种资源稀缺且价格昂贵的煤种,可作为工艺美术雕琢材料。采集了辽宁抚顺和新疆吉木萨尔这两个地区的6件煤精样品,测试分析了其煤岩煤质(显微组成、腐植体最大反射率、工业分析、元素分析)和拉曼光谱特征。研究结果表明6件煤精样品中显微组分均以腐植组为主,稳定组次之,惰质组含量最低,腐植体最大反射率(R_(o, max))介于0.41%~0.55%;抚顺煤精的稳定组以沥青质体和孢子体为主,而吉木萨尔煤精的稳定组则以角质体为主;这两个地区煤精的拉曼光谱特征差异显著,拉曼结构参数显著受控于煤岩煤质;煤精的拉曼光谱参数D_(1)峰与G峰的强度比(I_(D_(1))/I_(G))、面积比(A_(D_(1))/A_(G))均随稳定组含量增加而显著增大,随腐植组和惰质组含量的增加而明显减小;吉木萨尔煤精的I_(D_(1))/I_(G)和A_(D_(1))/A_(G)值均显著小于抚顺煤精,这是由于抚顺煤精中含有大量沥青质体和孢子体,其大分子结构的芳环生长程度较差;这两个地区煤精的I_(D_(1))/I_(G)和A_(D_(1))/A_(G)值均随着R_(o, max)增大呈现差异化降低趋势;随着煤化程度增大,芳香层片空间排列有序化增强。拉曼光谱参数可有效指示不同产地煤精的大分子结构差异性,可为今后煤精类文物的产地溯源提供科学依据,进而为了解中国古代手工业发展史及商品流通提供启示。

宁夏煤的分子结构演化特征

以宁夏宁东、贺兰山、宁南和香山等四大煤田不同矿区典型煤样为研究对象,采用X射线衍射、拉曼光谱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煤结构参数及变化规律。结果表明:低-中煤阶煤光学性质是各向同性的,芳香层片尺寸较小,任意取向;随着煤级的增加,芳香层间距d002值以最快的速率减小,延展度La则加快增长,在Rmax大于2.0%后,d002值变化幅度减缓与堆砌度Lc值增大相对应;在d002<0.3480 nm,拉曼参数ID1/IG、AD1/AD1+G开始线性减小,煤的分子结构中芳香层片尺寸增大,定向性增强,光学性质在平行和垂直于芳香层片方向上呈现各向异性,结构有序化程度增大;随着煤化程度的增高,红外光谱显示脂肪结构含量较低,芳香结构吸收带显著,芳香度参数迅速增大,脂肪烃侧链快速脱落,生烃潜力参数‘A’变小;贺兰山煤田和香山煤田煤叠加了岩浆热作用,变质温度较高,导致芳香环缩合程度增强,芳香烃类物质增多。研究结果对煤的结构演化与煤炭清洁高效利用有一定指导意义。

基于全二维气相色谱法定量分析煤焦油中的噻吩类含硫化合物

建立了一种全二维气相色谱-氢火焰检测器(GC×GC-FID)定量分析煤焦油中8种典型噻吩类含硫化合物的方法。采用外标法定量分析,8种含硫化合物标准曲线的线性相关系数R为0.9990~0.9999,检出限为0.19~0.26 mg/L,加标回收率在100.0%~115.0%之间,相对标准偏差为0.72%~5.5%(n=6)。该方法操作简单,重复性好,适用于煤焦油中噻吩类含硫化合物的定量分析,可为其资源化利用提供理论基础。

煤有机硫分析中XPS分峰拟合方法及参数设置

通过对含硫模型化合物和新峪焦精煤中的有机硫含量的分析,对XPS谱图的分峰拟合方法和参数设置进行了探讨.结果表明,用XPS解析煤中不同形态硫含量时,应按2p3/2和2p1/2劈裂峰分峰方法进行,并设置劈裂峰的面积比约为2∶1,裂距为1.18 eV,L-G％相同,FWHM值也相同;限定各有机硫2p3/2峰峰位分别为：硫醇硫醚类硫162.1 ～163.6 eV;噻吩类硫164.0～164.4 eV;亚砜类硫165.0 ～ 166.0 eV,同时对分峰拟合参数在一定范围内进行动态微调,可实现良好的数据重现性和较佳的拟合度.

几种烟煤CS_2萃取物的GC/MS分析

利用气相色谱 质谱联用 (GC MS)技术测定了平朔、大同和神府三种烟煤中CS2 萃取物的成分 ,对其化学组成及结构特征进行了对比研究。结果表明 ,萃取物主要由脂肪烃、芳烃和含杂原子化合物三类成分组成。芳烃在萃取物整体中占绝对优势 ,以苯系、萘系、菲系和芘系的烷基取代芳烃为主要成分 ;脂肪烃除主要成份正构烷烃外 ,还有少量的类异戊二烯烃和萜烷 ;含杂原子化合物所占的比例很小 ,以含氧、氮和硫的化合物为主 ,在平朔和大同煤的CS2 萃取物还发现少量邻二氯苯。

煤中含氧官能团的红外光谱定量分析

利用ＦＴＩＲ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。基于煤中含氧官能团在红外光谱中有吸收，并结合煤中含氧官能团的化学分析，确定了含氧官能团与其吸收强度之间的关系。对我国煤化程度有显著差异的１８种煤的红外光谱的研究表明，羧基、羟基和其它含氧官能团的氧含量均随煤化程度的增加而减少。

风化煤中腐植酸的提取及其光谱学研究

探讨了从风化煤中提取棕腐酸和黑腐酸的方法,分别用紫外可见光谱、傅立叶变换红外光谱和三维荧光光谱对提取的腐植酸进行了表征,并说明了两种腐植酸结构上的差异.结果表明,棕腐植酸和黑腐植酸官能团种类相似,但含量总体是棕腐酸高于黑腐酸.两种腐植酸的紫外可见光谱在整个区间的吸光度是随着波长的增大而减小的混合光谱.两种腐植酸都有荧光效应,且无论随着浓度增加或者pH值增加,棕腐植酸和黑腐植酸的发光峰都有红移现象.

傅立叶红外光谱法对煤中吡咯型氮的热解规律研究

选取吡咯为煤中吡咯氮的模型化合物,在石英管流动反应器中550°C～1020°C温度范围内研究了其热解规律,利用傅立叶红外光谱仪(Ft-Ir)对反应产物进行检测。试验结果表明:吡咯高温热解时,含氮产物最终几乎全部以HCN的形式存在,也能观测到不饱和腈类物质的生成与转化。

粉煤灰的SEM及X射线能谱微分析研究

粉煤灰的微结构和主要成分决定了粉煤灰的物理、化学性能,直接关系到粉煤灰的综合利用。本文利用XRD、SEM及EDS对原灰以及水、磁筛选的粉煤灰进行了物相、表面微结构及X射线微区分析的研究。结果表明:富铁漂珠粒度较其它漂珠小,富铁磁珠表面析出了块状、针状等规则排列的结晶,表面形貌光滑的玻璃微珠主要吸附于中空的漂珠表面和贫铁沉珠中。同时出现一些球形度好、表面光滑的纯铁珠和纯玻璃珠。粉煤灰主要的常量元素为Al、Si、K、Ca、Ti、Fe,它们主要以氧化物的形式存在,富铁漂珠的表面Fe相对含量较其它漂珠和沉珠高,Si主要以玻璃体形式存在,Al元素在燃烧冷却过程中基本实现了相对均匀再分布,Ca、Ti主要以钙钛矿的形式存在。

基于结构元的煤显微图像轮廓提取算法

针对煤显微组分结构复杂、提取其显微图像中有效组分轮廓存在较大难度的问题,提出一种基于结构元的轮廓提取算法。该法通过对结构元中架构与尺度的合理设计实现种子点的自动选择,以替代传统算法中种子点的人工选取,然后进行区域生长,再对区域生长后的图像进行形态学处理,最后用8邻域轮廓提取法获取煤显微图像中不同组分的轮廓。实验结果表明,由于结构元的合理选取,算法能够有效去除煤显微图像中的碎屑、黏胶及噪声区域,获取块状显微组分的有效轮廓。实验结果可以为煤显微图像自动分类与识别提供参考。

新峪焦精煤中硫在族组分间的赋存规律研究(英文)

为从煤的本体组成结构方面来阐述煤中硫的赋存与分布规律,以高含有机硫的新峪焦精煤为对象,采用萃取反萃取的煤全组分分离方法和XPS、GC/MS等分析技术,对原煤和各族组分中的不同形态无机硫和有机硫含量进行了研究,重点考察了有机硫在煤有机质本体中的赋存规律。结果表明,无机硫的分布主要依赖于其自身在煤主体中的粒径大小和密度高低,与煤族组分本身结构关联较小。无论是原煤还是族组分,其有机硫均以噻吩型硫占主导;共轭结构为主的分子外环境,使共轭结构类有机硫的电子结合能降低,而使脂肪结构类硫的电子结合能升高,反之亦然。有机硫在煤中分布总体均衡,不会因为族组分结构不同而产生较大差异;但有机硫的类型硫赋存比例则与族组分本身的结构特征有所关联,不过其差别相对较小。轻质族组分中只含有一种有机硫小分子化合物,且相对丰度较小。

煤焦燃烧含氮硫气体生成的TG-MS定量分析

利用X射线光电子能谱(XPS),研究了神木烟煤及神木半焦中氮和硫赋存形态,并在热重-质谱(TG-MS)联用分析仪上,利用等效特征谱分析(ECSA)法对煤焦燃烧过程中的气体产物进行了定量分析,研究含氮、含硫气体在煤焦燃烧过程中的生成规律.结果表明,神木烟煤和神木半焦中有四种不同形态的含氮物质,分别为吡咯和吡咯酮氮、吡啶氮、季氮和氧化吡啶,不含胺类物质;神木半焦中各形态含氮物质的绝对含量都减小,而季氮和氧化吡啶相对含量增加;NO_x前驱物主要是NH_3和HCN,HCN的生成量要高于NH_3;神木烟煤和神木半焦含有三种不同价态的硫(S_1,S_2和S_3),+6价S_3最多,大部分硫以硫酸盐的形式存在,相比神木烟煤,神木半焦中S_3和S_1的绝对含量下降,而S_2绝对含量增加;检测到的SO_2前驱物有H_2S和COS,神木半焦燃烧过程中没有检测到COS和SO_2;神木烟煤燃烧过程中含氮、含硫气体生成量明显高于神木半焦,气体析出时间更早,气体析出时间段对应的温度区间更宽.

一种基于PCA与RBF-SVM的煤岩显微组分镜质组分类方法

在分析煤岩镜质组显微组分特点的基础上,针对其结构复杂、特征量多且相互交织从而影响分类准确性等问题,提出一种基于主成分分析(PCA)的煤岩显微组分镜质组分类方法。首先根据镜质组显微图像中各组分呈现的条状、团块、颗粒等纹理特点和亮度差异,采用基于灰度共生矩阵的能量、熵、惯性矩、局部平稳性等纹理特征量和基于灰度分布统计的亮度比、均值、均方差、三阶矩偏度等亮度相关特征量对其进行描述,构成初始特征量集;再采用主成分分析法对初始特征量集进行进一步的抽取;最后构建基于径向基函数的支持向量机(RBF-SVM),采用积累贡献率较大的主成分作为分类参量实现镜质组的自动分类。实验结果表明:纹理和灰度统计特征可有效刻画煤岩镜质组显微组分;采用PCA对初始特征进行抽取之后,用于分类的特征空间维数大幅度降低,分类算法的泛化能力增强,分类的准确率显著提高。

基于SO_(2)吸收谱线的光谱仪波长在线校准方法

紫外差分吸收光谱技术已被广泛用于工业污染源废气排放浓度监测。光谱仪作为紫外烟气分析仪的核心器件,易受到温度变化而产生波长漂移,进而影响监测结果的准确性。本文提出了一种光谱仪波长“软”标定方法,通过实验建立标准SO_(2)吸收谱线极值波长数据库,利用SO_(2)吸光度极值像素点和标准SO_(2)吸收光谱极值波长,对光谱仪像素点与波长的对应函数进行重新拟合,以实现光谱仪波长实时校准。搭建了实验系统,并开展了光谱仪波长标定方法验证研究。结果表明,当光谱仪所处环境温度变化范围为10℃时,采用本文方法可以使993mg/m^(3)NO标气的测量误差从115.2mg/m^(3)降低至21.4mg/m^(3),绝对误差减小了93.8mg/m^(3);当被测SO_(2)为1430mg/m^(3)时,测量系统信噪比较高,波长校准效果最佳;针对低浓度测量现场,可通过增加光谱平均次数来增强光谱信号的信噪比,提高波长在线校准方法的效果。

神府煤和锡林浩特煤的非均相光催化氧化

采用悬浮式非均相体系分别对水合神府烟煤(SFC)及锡林浩特褐煤(XL)进行选择性光催化氧化、傅里叶红外光谱(FTIR)分析及气相色谱质谱联用(GS/MS)检测,获得了反应产物的分子结构信息。同时对不同条件下煤炭降解效果的研究发现:芳香度和芳环取代度较高的烟煤组分光氧化性较弱,氧化后的产物中有较多酮类生成,而芳环取代度小、含有较多亚甲基和脂肪族侧链的褐煤光氧化性能较强,生成物中烯烃的含量明显减少;催化剂二氧化钛对光催化反应的影响要大于氧化剂过氧化氢,但在仅有过氧化氢存在情况下,随着其加入量的增大光氧化效果会更显著,煤样的投加量对光催化的影响不占主导地位;光催化氧化中,煤大分子中的烷基侧链易断裂脱除,特别是甲基和亚甲基易发生光催化氧化分解,而且碳氧单键的红外吸收峰强度明显减弱,表明煤大分子的侧链和碳氧单键在紫外光辐射环境下反应活性高。

基于行程长度纹理特征的焦炭显微图像分类算法

在分析焦炭显微图像各向异性光学组织中片状与纤维状显微图像特征的基础上,通过对纹理特征的差异性的研究,提出了一种基于行程长度纹理特征和支持向量机(Support Vector Ma-chine)的焦炭显微图像分类方法。该方法首先计算焦炭显微图像中4个方向上的行程长度矩阵,利用行程长度矩阵求得对图像纹理具有不同表征能力的纹理特征量,通过对各个特征量的数据分析,选取有效特征量组合作为分类器的训练向量,然后用支持向量机对实验样本进行分类。实验结果表明,该方法能够有效地识别出焦炭各向异性组织中纤维状、片状等不同光学组分。

近红外光谱分析技术预测煤质挥发分含量模型的研究

应用近红外光谱方法进行煤质在线分析工作的研究 ,主要进行煤中挥发分的测定。在阅读了多个光谱图的基础上 ,采用多元回归方法对数据进行了分析和处理 ,建立了多元线性模型 ,该模型得出的煤中挥发分的预测值与人工化验标准值之间的相关系数为 0 .96 ,所建模型的定标标准差为1.4 1。

伊犁煤焦油成分的谱学分析

利用核磁共振波谱和红外光谱对新疆伊犁地区产煤干馏提取的煤焦油进行了表征和测试,通过对相关结构参数的计算,推测了其原煤的煤化程度和生烃能力。研究结果表明:其芳碳率为0.66,平均碳数N=1.70,取代指数σ为0.48,缩合指数Q为0.56,与缩合芳香核上连接的烷基侧链较多且链长较短。选择5个红外光谱参数I1至I5,利用OPUS软件对谱图进行了矢量归一化并积分,获得了有关IR的部分结构参数。由NMR和IR的结构参数判定伊犁原煤的变质程度为中等,其类型属于以镜质体为主的腐殖煤,含氧官能团主要以芳醚的形式存在,由生烃机理推测其原煤的生气潜力大于生油潜力,其生气潜力碳主要为甲基单元。

微波消解和氢化物发生——电感耦合等离子体发射光谱法测定煤中痕量硒

基于微波消解和氢化物发生电感耦合等离子体发射光谱法 ,实现了对煤中痕量硒的测定。采用硝酸 盐酸 氢氟酸消解体系 ,氢化物发生在 3mol·L-1盐酸介质中进行 ,以硼氢化钠为还原剂 ,浓度为 1%。考察了微波消解条件、预还原条件和干扰的影响。方法准确、快速 ,用该法测定国家标准参考物质的结果与推荐值一致 ,并与艾氏剂灼烧法测定结果一致。硒的检出限为 0 3μg·L-1,RSD小于 5 %。