中煤阶煤结构演化的Raman光谱表征

发生在中煤阶阶段的第二次煤化作用跃变导致煤的许多物理化学性质出现了转折性变化,而聚集态结构变化可能是导致这种转折性变化的根本原因。为详尽研究中煤阶煤结构演化特征及其与第二次煤化作用跃变的关系,选取了6个跨越第二次煤化作用跃变的中煤阶煤样(R_(o,max)=1.10%~1.63%),应用拉曼光谱法(Raman)对其进行结构表征,并利用分峰拟合软件分别对其一级模和二级模光谱曲线进行分峰拟合,在此基础上计算了相关结构参数。结果表明:Raman结构参数随R_(o,max)的演化不是线性的,反映煤结构演化的复杂性,据Raman结构参数的演化特征,可以将R_(o,max)=1.10%~1.63%阶段的煤化作用分为3个阶段,转折点分别位于R_(o,max)=1.30%和R_(o,max)=1.50%附近,正好与前人发现的第2次和第3次煤化作用跃变发生的位置相当,说明Raman结构参数可以反映煤化作用跃变的发生,同时也表明Raman光谱是一种研究煤结构的有效手段。第1阶段为R_(o,max)=1.10%~1.30%,以长链脂肪族结构裂解生成液相物质为主,同时断裂后的较短链的脂肪烃及芳环上的脂肪族取代基会形成脂肪环结构,煤结构的支链化程度增加,阻碍了芳香体系之间的定向排列,芳香体系排列有序度达到最差,表现为WG最小(G峰位置),FG/D最大(F为两峰半高宽比),A_(D)/A_(G)最小(A为峰面积),AS/A1增加,A_((2G)R)/A_(2)大幅减小;第2阶段为R_(o,max)=1.30%~1.50%,上一阶段形成的脂肪环发生芳香化作用,导致芳香C—H结构含量增加,无定形碳含量达到最少,芳香化程度及芳香结构有序度均增加,表现为A_((GR+VL+VR))/A_(D)、A_((GR+VL+VR))/A_(G)和FG/D大幅减小,A_(D)/A_(G)增加,WG及d(G-D)快速增加;第3阶段为R_(o,max)=1.50%~1.63%,一方面,第二阶段形成的芳香环之间发生缩聚反应,导致A_((2G)R)/A_(2)减小,另一方面,芳香环体系间的各种桥键继续断裂,导致一些小尺寸芳香结构的生成,表现为A_((2G)R)/A_(2)减小,WG小幅减小,A_((GR+VL+VR))/A_(D)和A_((GR+VL+VR))/A_(G)增加。这些结果是深入理解煤化作用跃变机制及煤化作用机制的基础。

伊敏褐煤不同组分相互作用的热重-质谱分析

煤成烃及煤化作用一直是煤化学领域的核心问题,为深入理解煤成烃及煤化作用机制,选用伊敏原煤及其不同有机组分为研究对象,运用热重-质谱(TG-MS)联用系统,在详细分析伊敏煤6种不同有机组分的热解特征以及主要气态产物(CH_(2)、CH_(4)、C_(2)H_(6)、CO_(2)和苯)的在线析出行为的基础上,对不同有机组分的相互作用机制进行了深入探讨。原煤的热失重曲线及产物的生成曲线不是其不同有机组分热失重曲线和产物生成曲线的简单加和,表现为峰的个数和形状均存在较大差异,表明在热解过程中煤中不同有机组分间存在着相互作用。为进一步理解其相互作用机制,对不同有机组分间互不影响时各产物的逸出速率曲线进行了计算,详细分析了不同有机组分对不同气态产物生成的影响,结果显示:煤中的矿物质对CH_(2)、CH_(4)及烷烃类的生成具有促进作用,对CO_(2)的生成具有抑制作用,而对苯的生成影响不显著;腐植酸的存在促进了C_(2)H_(6)的生成,抑制了CH_(2)、CH_(4)及苯的生成,对羧基裂解生成CO_(2)的反应有抑制作用,而对稳定含氧官能团裂解生成CO_(2)的反应有促进作用;沥青质对CO_(2)的生成具有促进作用,对C_(2)H_(6)的生成具有抑制作用,对苯的生成没有明显影响。

伊敏煤热解过程中化学结构演化特征的原位拉曼光谱

我国低煤阶煤储量丰富,因此实现低煤阶煤的高效利用是当前我国能源产业发展的重要方向。近年来的研究发现,利用低煤阶煤制备石墨可能是低煤阶煤高效利用的途径之一,而低煤阶煤化学结构在线演化特征的深刻理解是低煤阶煤石墨化机制了解的基础。基于此,以伊敏煤为研究对象,对其进行了原位拉曼光谱(Raman)及热重/质谱联用(TG/MS)测试,并运用分峰拟合软件对各原位拉曼光谱谱图进行了分峰拟合,在此基础上计算了拉曼结构参数。结果表明,随温度升高,拉曼参数表现出明显的阶段性变化特征,而且与热解产物的生成密切相关。当热解温度低于300℃时,拉曼参数AS/AAll明显减小,A_((GR+VL+VR))/AG,FWHM-D,FWHM-G与AD/AG增加,这是由于煤热解在这一阶段以煤中物理吸附的水、气体的膨胀及氢键的断裂为主,导致大量无定形结构暴露,结构有序度降低;第2阶段为300~700℃,此阶段体系中发生剧烈的解聚和分解反应,CO_(2)及烃类产物大量生成,拉曼参数FWHM-D,FWHM-G,AS/AAll和AD/AG急剧减小,而A_((GR+VL+VR))/AD和A_((GR+VL+VR))/AG增大,表明芳香族取代基的脱落以及连接大芳香环间的各种桥键断裂导致大芳香环结构减少,而小芳环结构增多,同时因缺陷结构大量减少导致结构有序度增加;第3阶段发生在700℃后,FWHM-D,FWHM-G,A_((GR+VL+VR))/AD和A_((GR+VL+VR))/AG减小,AD/AG和AS/AAll值增加,该阶段煤热解以芳环缩聚脱氢为主,导致6个或6个以上稠环比例相对增加,交联密度增大,且由于缺陷结构的大量脱除,微晶结构定向排列明显增加,无定形碳结构向有序性转化。这些结果是深入理解低煤阶煤变质作用及石墨化作用机制的基础。

帮助别人的感觉真好

星期六上午．我在家没事干，于是决定到公园广场上玩一玩。公园里的人很少，和我同龄的人就更少了，真扫兴，我无聊地坐在长椅上。