褐煤显微组分及碱处理对其结构和燃烧性能的影响

抑制褐煤的自燃对于安全运输和高效利用褐煤具有重要意义。以胜利褐煤为研究对象,利用光学显微镜分选出惰质组和腐植组2种显微组分,并对其进行NaOH处理,以研究不同显微组分及NaOH处理对褐煤结构与燃烧反应性能的影响。通过SEM-EDS、XPS、FT-IR、XRD、Raman等手段对所制备煤样的结构进行表征,分析其主要官能团的变化差异,并利用热重分析仪考察NaOH处理对不同显微组分褐煤燃烧反应性能的影响。研究结果表明,腐植组褐煤的起燃点温度较惰质组提前约10℃,但惰质组褐煤的综合燃烧特性指数略高于腐植组。经NaOH处理后,不同显微组分的褐煤均出现燃烧滞后现象,分别在200~500、650~800℃有2段明显的失重,且质量损失主要集中在第2个失重区间,腐植组褐煤表现更显著,其最大燃烧反应速率对应的温度较惰质组滞后约60℃。对煤样燃烧过程进行动力学分析,表明不同显微组分褐煤经NaOH处理后燃烧反应活化能明显增加,且腐植组褐煤高于惰质组。XPS/FTIR分析结果表明,不同显微组分褐煤在NaOH处理后羧基含氧官能团含量均减少,主要是因为在NaOH处理过程中Na+与褐煤中的羧基含氧官能团作用形成羧酸钠结构,且腐植组褐煤中形成的羧酸钠结构含量较惰质组多,认为对不同显微组分褐煤燃烧的抑制作用主要归因于羧酸钠结构的较高稳定性,且与Na结合形成羧酸钠结构的数量是2者燃烧反应性能差异的主要原因。XRD/Raman分析结果表明,褐煤中羧酸钠结构的生成使煤样碳微晶结构有序度增加,其中腐植组褐煤的有序度高于惰质组。

褐煤与油菜秸秆共燃烧性能与动力学分析

选用胜利褐煤和油菜秸秆为研究对象,利用热重分析仪考察了褐煤、油菜秸秆及二者共混物的燃烧性能,分析对比了共混物燃烧的协同效应,并对其进行了动力学分析。结果表明,油菜秸秆的掺混改善了褐煤的着火性能和综合燃烧性能。共混物挥发分燃烧过程的协同效应较弱,而固定碳燃烧过程的协同效应较大,当油菜秸秆掺混比例为30%时协同效应最好。动力学分析表明,油菜秸秆燃烧过程的活化能高于褐煤,尤以固定碳的燃烧过程更明显,而共混物的活化能处于油菜秸秆与褐煤之间,且低于理论计算活化能,进一步说明褐煤和油菜秸秆在共燃烧过程中存在协同效应。

胜利褐煤矿物质脱除及其形貌变化的研究

本文采用水、盐酸及氢氟酸逐级处理,对胜利褐煤固有活性矿物质进行逐级脱除,并对矿物质脱除各阶段煤样及对应的煤灰进行SEM和EDS分析。结果表明,水对胜利褐煤的矿物质几乎没有脱除能力,而盐酸对矿物质有较大的脱除能力,可脱除55%以上的矿物质,而氢氟酸对盐酸不能脱除的矿物质脱除率可达85%,盐酸及氢氟酸对胜利褐煤矿物质的总体脱除率达93%以上,说明盐酸及氢氟酸对胜利褐煤矿物质具有很高脱除效率。胜利褐煤经盐酸及氢氟酸逐级处理后,大部分矿物质成分被脱除,矿物质含量大幅度下降,但其总体形貌却没有发生根本性变化。

胜利褐煤燃烧中未反应残留物结构特性及铁的添加效应

利用TGA确定胜利褐煤盐酸脱灰煤和添加铁组分脱灰煤的着火温度,在着火温度进行燃烧反应,收集燃烧反应一定时间后的未反应残留物,利用FT-IR、XPS、XRD和Raman等对其进行表征,研究了胜利褐煤燃烧过程中铁的影响规律。结果表明,铁的加入降低脱灰胜利褐煤的着火温度,当添加量为3.50%时,着火温度降低的幅度最大。在着火温度燃烧反应一定时间后未反应残留物的FT-IR表明,其有机官能团结构无显著变化,说明铁的添加并不影响其有机官能团结构特性,有机官能团不会对燃烧性能产生太大的影响。添加铁使SL+在燃烧过程中未反应残留物结构芳香度下降,晶面间距增大,晶体结构中缺陷位相对增加,石墨化程度降低,烷基侧链增多,碳氧结构迅速减少,说明铁组分的加入改变了其燃烧过程中碳氧结构转化特性,抑制了石墨化转化速率与程度,即在燃烧反应过程中改变了其未反应残留物的微结构,从而改变了其反应历程,加速燃烧反应速率。

燃烧反应过程中胜利脱灰褐煤微结构演变特性研究

对胜利脱灰褐煤的燃烧反应性进行了测试,并利用FT-IR、XPS、XRD和Raman等对不同条件下的未反应残留物进行了表征,以分析胜利脱灰褐煤在燃烧过程中微结构演变特性。结果表明,在燃烧反应过程中,煤样的脂肪族官能团不断消耗,碳氧官能团和芳烃骨架的消耗与生成交替进行,褐煤表面C-C/C-H键合结构所占比例先增加后减少,碳-氧键合结构所占比例先减小后增加,未反应残留物的芳香度不断升高,褐煤的石墨缺陷指数先增加后降低,而脂肪族侧链指数则呈现先减少后增加的变化规律,表明随着燃烧反应进行对褐煤未反应残留物的石墨化程度逐渐提高,特别是在燃烧反应后期,石墨化程度显著提高。

褐煤与油菜秸秆结构及燃烧特性研究

以褐煤和油菜秸秆为研究对象,通过SEM、FT-IR、XRD、XPS等表征手段分析了二者的结构差异,利用热重分析技术考察了二者的热稳定性和燃烧反应性能,并对其燃烧过程的动力学参数进行了计算。研究结果表明:褐煤呈不规则碎块状结构,而油菜秸秆呈纤维长条状结构;与褐煤相比,油菜秸秆的碳含量低而氧含量高,且羟基、脂肪族基团及碳氧键合结构的含量均高于褐煤,而热稳定性低于褐煤;褐煤在燃烧反应过程中有一个明显的失重温区,而油菜秸秆有两个明显的失重温区,且其最大燃烧反应速率对应的温度分别较褐煤提前106℃和滞后27℃;油菜秸秆的起燃温度、燃尽温度均低于褐煤,而燃烧过程的活化能高于褐煤,且频率因子远高于褐煤。

胜利褐煤及盐酸洗煤热解过程中微结构演变特性研究

利用固定床获得胜利褐煤及盐酸洗煤在不同温度条件下的半焦。利用FT-IR、XPS、XRD和Raman等技术对所得半焦进行表征,以研究胜利褐煤及盐酸洗煤热解过程中微结构演变特性。结果表明,盐酸洗煤/焦中含氧结构含量相对较高。随热解温度升高,煤/焦中含氧结构所占比例降低。褐煤热解过程中,盐酸洗脱的矿物质会抑制芳环的有序化排列,同时促进褐煤中芳环簇的缩聚,造成煤焦晶体结构缺陷增加,并对煤焦中侧链的发展不利。

不同粒径胜利褐煤燃烧反应性能和表面形貌研究

本文以胜利褐煤为研究对象,利用热重分析仪(TGA)、低温氮气吸附仪(BET)和扫描电子显微镜(SEM)考察不同粒径胜利褐煤的燃烧反应性能、孔结构和表面形貌,确定了不同粒径胜利褐煤的起燃温度,研究了粒径对胜利褐煤表面形貌的影响规律。结果表明,随粒径减小,煤样的起燃温度降低,燃烧稳定性增加,粒径小于0.425mm时,煤样的燃烧反应性受粒径影响不大。孔结构分析表明,煤样粒径减小,胜利褐煤的比表面积增大,孔容积和平均孔径减小。表面形貌研究表明,粒径对胜利褐煤的显微形貌存在影响,煤颗粒的粒径越小,胜利褐煤的表面形貌组分更容易分离。

胜利褐煤水蒸气气化制富氢合成气及其固有矿物质的催化作用

利用微型固定床反应装置,研究了内蒙古胜利褐煤水蒸气气化过程中H2、CO2、CO和CH4生成规律及其固有矿物质的催化效应。原煤(SL-raw)、盐酸洗脱(SL-HCl)、氢氟酸洗脱(SL-HF)及盐酸洗脱液回添煤样(SL-HCl-Re)在水蒸气气化反应过程中,H2、CO2和CO生成速率存在明显差异,充分说明胜利褐煤中某些固有的矿物质对其水蒸气气化反应具有显著的催化作用,可大幅度提高其气化反应速率,并使其起始气化温度降低96℃,气化反应主体温度降低150℃以上,同时促进了合成气中H2生成,抑制了CO的生成,使胜利褐煤水蒸气气化反应过程中一直维持着较高的H2/CO摩尔比,SL-raw、SL-HCl-Re水蒸气气化所得合成气中H2/CO摩尔比分别为17.3和4.3,而SL-HCl和SL-HF水蒸气气化所得合成气中H2/CO摩尔比均只有1.22。SL-HCl和SL-HF水蒸气气化生成H2、CO2和CO的规律基本相同,说明起催化作用的物质是可溶解在盐酸洗脱液中的矿物质。经过分析,发现矿物质对胜利褐煤水蒸气气化反应的催化作用主要是通过提高水煤气变换反应(WGSR)速度实现的。最后结合文献报道提出了胜利褐煤水蒸气气化反应过程中矿物质的原位催化机理。

氧化钙对胜利褐煤焦水蒸气气化反应性能及微结构的影响

研究了CaO对胜利褐煤焦水蒸气气化反应性能及微结构的影响。脱除矿物质的胜利褐煤混合不同含量的CaO后在1100℃下进行热解得到相应的煤焦,采用BET、XRD和Raman技术对其进行表征,同时在微型固定床反应器上对所制得煤焦进行水蒸气气化实验。比较添加CaO不同含量煤焦的反应性表明,添加2%(质量分数)的CaO对煤焦水蒸气气化的催化作用很小,而CaO添加量增大到5%时,煤焦的气化反应性能明显提高。煤焦比表面积随CaO添加量的提高而增大。XRD结果表明,在热解过程中,CaO能有效地抑制煤焦向石墨化方向发展趋势。煤焦002和100峰的峰强度随CaO添加量的增加而降低,且煤焦芳香度从66.8%降至39.9%。Raman光谱结果表明,随着CaO添加量的增加,ID/IG由1.363增加至1.541,IG/Iall由0.423减少到0.394。意味着由于Ca的催化作用,煤中大芳香环结构的裂解速率明显增加,且随CaO添加量的增多,煤焦的无序化程度和晶格缺陷均增大。

不同变质程度煤燃烧反应性及FTIR分析其热解过程结构变化

利用TG/DTA 6300的热重分析仪对胜利褐煤（SL）、神华烟煤（SH）与塔旺陶勒盖无烟煤（TT）三种不同变质程度的原煤进行空气气氛下燃烧反应；通过 FTIR（傅里叶变换红外光谱）分析了三种煤样及不同终温下固定床热解半焦的官能团组成；运用数学高斯函数对 FTIR曲线重叠吸收峰进行分峰拟合,利用拟合峰面积计算 FTIR的芳香度指数（R）、芳香结构稠合指数（D）及有机成熟度指数（C）结构参数。结果表明：SL, SH 与TT煤着火温度分别为299.3,408.2及441.0℃；最大失重速率峰温度分别为348.6,480.5及507.0℃,即随煤样变质程度的不同,着火点和最大失重速率温度都不同程度提高。煤中官能团结构较复杂,不同变质程度的煤样的红外光谱曲线中均可以观察到羟基（—OH）；脂肪烃（—CH2,—CH3）；芳环（C—C）；含氧官能团（C—O, C—O）等主要官能团的振动吸收峰。随着热解炼焦温度的升高,三种煤样中脂肪烃类（—CH2—,—CH3）红外振动吸收峰均逐渐减小；炼焦后 C—O 在1700 cm-1伸缩振动峰在炼焦温度到达550℃时基本消失；SL原煤样在1000-1800 cm-1含氧官能团吸收峰区域红外曲线更为复杂,随炼焦温度升高较之其他煤样变化最为显著；而 SH 及TT煤芳环 C—C 吸收峰在温变过程中峰位及峰强度均无显著变化。通过R,D及C值随热解终温的变化曲线,三种变质程度煤在热解反应过程中主体官能团变化趋势存在差异。

基于-1H-NMR的胜利褐煤原位低温干燥过程中弛豫时间及孔结构变化

传统煤水分测定对煤样有破坏,同时BET法在煤孔结构测试中也遇到许多困难。利用1H-NMR研究褐煤低温干燥过程中水分赋存状态及孔结构变化,包括原位干燥过程中褐煤水分横向弛豫时间T2的动态发展及孔结构变化规律。结果表明:空气自然干燥状态下,胜利褐煤中不冻水和束缚水占绝大多数,其中束缚水结合力较弱。在50℃前,部分束缚水较易脱附;干燥后冷却样品中残余水的束缚性随处理温度的升高而增加;105℃干燥脱水后,微孔增加,中孔比例减少,大孔或裂隙增加,残余水分保留在10 nm以下孔隙中,为不冻水;此时含水孔隙仅占全部孔隙的19%,远小于原煤(58%)。1H-NMR可以在无损伤情况下连续监测煤中水分、孔结构的分布变化,更适用于煤水分及孔结构的测定。

胜利褐煤半焦显微结构及其燃烧反应性能

利用固定床反应装置对胜利褐煤在650℃进行热解,所得半焦在光学显微镜下分选出惰质组占73.40%的丝质相和腐殖组占98.67%的木质相两种显微结构相组分。利用热分析考察了两种显微结构的燃烧反应性能,分析了燃烧特征参数如起燃指数、燃烬指数等,并回归得到其动力学。研究表明,丝质相为多孔状,木质相为致密状,前者比表面积约为后者的21倍;丝质相的燃烧反应性显著高于木质相;均相和缩芯模型对两类煤焦燃烧反应过程都能进行准确描述,丝质相在起燃阶段的活化能显著低于木质相,是丝质相燃烧反应性高的内在原因。

固有矿物质对胜利褐煤热解气态产物生成及其动力学特性影响的实验研究

利用固定床反应装置,研究了内蒙古胜利褐煤(SL-raw)及其脱除矿物质煤(SL-HF)热解过程中CO2、CO、CH4和H2生成规律,同时通过动力学回归拟合,得到CO2、CO、CH4和H2生成活化能。矿物质的脱除并不影响热解气CO2、CO、CH4和H2依次生成顺序,对CH4热解生成特性几乎没有影响。SL-HF热解过程中CO2和CO生成温度与SL-raw相比分别降低了107 K和168 K,其最大生成速率分别提高和降低了17.1%和18.9%,而H2也降低了30.4%。矿物质的存在,有利于胜利褐煤在热解过程中生成CO+H2含量更高的合成气,同时H2/CO提高37%以上。动力学拟合结果表明,SL-raw和SL-HF热解过程中CO2、CO、CH4和H2生成活化能顺序均为:EH2>ECH4>ECO>ECO2,脱除矿物质的SL-HF热解生成CO2、CO和CH4活化能分别降低33.7%、13.1%和16.9%,H2生成活化能增加32.8%,表明胜利褐煤中矿物质在热解过程中抑制了CO2、CO和CH4的生成,却有利于H2的生成。

褐煤中矿物质对水泥熟料烧成过程的影响

以单位熟料热耗及煤样热值为基准,在水泥生料中分别添加褐煤及烟煤,并在1250℃、1350℃、1450℃下煅烧,模拟水泥烧成的部分过程,分析熟料煅烧过程中褐煤中矿物质成分的不同与硅酸盐矿物产生过程差异的内在联系。结果表明,水泥熟料煅烧过程中,煤炭中非钙硅物质带入量是影响液相初始生成的主要原因,但最终熟料的矿物组成由熟料的率值控制,SM和IM较大时,矿物粘结现象和熔蚀现象比较严重;褐煤添加试样符合上述结论,得到了合理的矿物组成,其中提质褐煤由于其热值高,相同条件下带入非钙硅物质最少,1250℃液相生成较差,同时受KH及SM较高影响,最终水泥矿物发育较差。

胜利褐煤焦钙催化水蒸气气化反应中活性微结构分析

针对胜利褐煤焦水蒸气气化反应过程中钙组分的催化作用,在脱除矿物质胜利褐煤煤样SL^+中添加CaO在1 100℃热解得到添钙煤焦样品Ca-J,Ca-J经盐酸处理脱除其游离钙组分,得到添钙焦酸洗煤样Ca-J^+,采用BET、SEM-EDS、XRD、FT-IR及XPS等技术对所制备煤样进行表征,并在微型固定床反应装置上进行水蒸气气化反应性测试,对煤样微结构特性进行研究,提出了钙催化水蒸气气化反应中的活性微结构模型。结果表明,水蒸气气化反应中,添钙焦样酸洗前后的Ca-J和CaJ^+碳转化率及反应活性指数基本相同,但比酸洗煤焦样SL^+-J高出许多。样品XPS的Ca2p谱图分峰说明,Ca-J^+中存在Ca(CH_3COO)_2与Ca-OOR两种化学形态的钙。化学分析及SEM-EDS表征均表明,Ca-J^+中钙含量比Ca-J减少了97%以上;XRD表明,Ca-J中游离存在的CaS、CaO经酸洗被脱除;FT-IR表明,Ca-J及Ca-J^+中含有C=O、C-O等特征吸收峰。综合上述结果,可推测"R-O-Ca-O-R'"(R及R'可为脂肪族或芳香族结构体)是钙组分催化胜利褐煤焦水蒸气气化的活性微结构。

胜利褐煤提质及其表面形貌与物相结构研究

利用固定床反应装置,对内蒙古胜利褐煤(SL-raw)在300℃～900℃进行了热解提质,利用SEM(扫描电子显微镜)、XRD(X-射线粉末衍射仪)和FT-IR(红外光谱仪)对不同温度热解所得提质煤焦进行了表面形貌、物相及官能团的分析,研究了热解温度对其影响规律。SEM显微观察表明,胜利褐煤由带有微米级圆形和椭圆形孔道及空隙的植物细胞状结构、片层结构团聚体及离散颗粒状结构等3种主要形态组成。当500℃以上热解,植物细胞状结构表面生成大量的球状颗粒(spherical particles)。在热解过程中通入水蒸气后可以得到表面相对洁净的煤焦。FT-IR检测结果表明当在500℃热解过程中通入水蒸气后,煤焦中的含羟基化合物会与水蒸气发生反应,使得SL-500在3 400～3 700 cm-1处的羟基缔合吸收峰显著减弱,并使煤焦(SL-H2O-D和SL-H2O-T)表面吸附有CO2。随着热解温度提高,整体颗粒尺寸在逐渐减小,同时具有片层结构的团聚体外表面的片层颗粒逐渐变成椭圆形。不同热解温度所得煤焦的XRD结果表明,随着热解温度的升高,煤焦中会有CaS生成。

一种含有磺酸基螯合型热致性主链液晶离聚物的合成及性能分析

以对苯二甲酸二-(4-羧基苯)酯为液晶基元,己二醇为柔性间隔基,通过共缩聚反应合成了液晶离聚物.并通过红外光谱(FTJR)、差示扫描热分析(DSC)以及偏光显微镜(POM)对各步产物进行了初步的分析及表征,结果表明,所合成的液晶离聚物具有液晶特征.

科研促进本科教学的研究与实践

高校教学与科研是相互依赖、相互促进、不可分离的统一体,只有将二者有机地结合起来,才能有效提高教学质量。高校应重视科研工作,以科研促进教学,深化教学改革,优化课程体系,更新教学内容,提高人才培养质量。科研是提高教学质量的推进器,以科研促进教学是提高大学教学质量的重要途径,但是对科研如何有效促进教学的研究工作却较少,挖掘科研与教学的内在关系,揭示出科研促进教学的客观规律与途径,对全面提高教学质量、深化高校教育教学改革具有十分重要的意义。

建立与科研课题相结合的材料现代分析方法课程教学新模式

作者在秉承传统授课模式的基础上,尝试着将真实的科研案例引入到材料现代分析方法课程的授课过程中,拟建立一种与科研相结合的课堂教学新模式,以此丰富课堂教学内容,激发同学们的学习热情,使理论知识与科研实践的联系更加紧密,保证了教学效果。