用吡啶抽提法对煤岩显微组分结构变化的研究

为研究和探讨煤主要显微组分结构特征,在基本不破坏煤分子结构的温和条件(40℃)下,用吡啶对平朔气煤三种显微组分进行了抽提。结果表明,三种显微组分的吡啶抽提率大小与其芳香缩聚程度高低顺序相反,即抽提率(％)顺序为:稳定组(14.07)>镜质组(10.17)>丝质组(3.54)。通过对原样和残样进行FTIR和XRD的分析获知,吡啶抽提过程主要是将煤大分子网络结构中的小分子物质如含一CH_2,—CH_3,C—H脂肪侧链、含C—O官能团、含—OH化合物等抽出。吡啶抽提后三种显微组分残样中的芳香结构比例均有增加。

吡啶抽提对不同显微组分煤结构特征的影响

对神东上湾煤(SDR)及由其岩相分离得到的镜质组富集物(SDV)和惰质组富集物(SDI)进行了吡啶抽提,得到不同煤样的抽提率,并对抽提前后的煤样进行了13C-NMR,FTIR和XRD分析表征.结果表明,三种煤样的抽提率(质量分数)顺序为:镜质组富集物(15.78%)>上湾煤(13.89%)>惰质组富集物(9.45%);通过对吡啶抽提前后煤样的13C-NMR,FTIR和XRD的分析表明,吡啶抽提后三种煤样的芳香度均有所增加,抽提前后煤样的骨架结构没有发生大的变化.

不同煤阶煤的吡啶抽提FTIR谱研究

在相同的实验条件下,对四种不同煤阶的煤用搅拌抽提法进行吡啶抽提,并利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)对原煤及残煤进行了定量测试,讨论了不同抽提率产生的原因,研究了吡啶抽提前后官能团含量的变化。分析表明,溶剂吡啶主要作用于煤基本结构单元芳核的侧链和桥键。

吡啶抽提前后柳林3~#煤的FTIR结构特征分析

为了解处于第二次煤化跃变过程中的柳林3~#煤的大分子结构特征,采用溶剂吡啶对柳林3~#原煤进行索氏抽提,借助FTIR分析测试手段并通过分段分峰拟合对柳林3~#原煤、抽提后残煤及抽提物的结构组成及其变化进行了研究。结果表明:抽提过程中,在吡啶溶剂的作用下,部分抽提物从煤大分子结构中脱离出来,这些抽提物包括短链脂肪结构和芳香醚、酚、酯等含氧官能团结构。抽提前后煤大分子骨架保持相对稳定,与原煤和抽提后残煤相比,抽提物的苯环四取代明显增加,二取代明显减少,说明残煤的脂肪链长、支链少,抽提物的脂肪链短、支链多。抽提后残煤、抽提物与原煤显示出不同的芳香度,其由大到小依次为抽提后残煤的芳香度、原煤的芳香度、抽提物的芳香度;柳林3~#原煤、抽提后残煤及抽提物中主要羟基类型是自缔合羟基,说明煤中羟基类型以缔合结构为主。

柳林3#镜煤吡啶残煤大分子结构模型及分子模拟

对柳林3#镜煤吡啶抽提残煤(LLR)进行了13C CP/MAS NMR和XPS分析,结合元素分析和工业分析,构建了其大分子模型。LLR结构中芳香部分以蒽为主,脂肪结构主要以脂肪侧链的形式存在,氧原子分别以醚键、羟基和羰基形式存在,氮原子以吡咯和吡啶的形式存在。运用13C NMR预测软件ACD/CNMR predictor计算了大分子结构模型的13C化学位移。与实验13CNMR谱图相比较,对LLR的大分子结构模型进行了修正,获得了13C NMR计算谱能和实验谱图吻合较好的大分子结构模型。采用分子模拟对LLR化学结构模型进行能量优化,结果表明,大分子结构的能量按其大小排序主要为范德华能、键扭转能、键角能与键伸缩能。芳环之间的平行排列在该结构模型中占有很小的比例。最后通过添加周期性边界条件得到该煤的密度为1.22 g/cm3。量子化学半经验方法(PM 3)模拟结构表明,脂肪侧链中的C-C键较长,因而活性较高;边缘碳原子带有较多的负电荷,易于发生氧化反应;芳香碳原子所带电荷较少,稳定性很高。

基于核磁共振和分子模拟方法的柳林3~#煤抽提物结构研究

采用核磁共振、分子力学及分子动力学等方法构建并模拟了柳林3~#煤吡啶抽提物大分子结构模型。结果表明:抽提物大分子结构模型中芳香结构单元以3环的蒽为主,脂肪碳主要存在形式为-CH_4和环烷烃,氧原子存在形式为羰基和酚,氮原子存在形式为吡咯;稳定后结构模型的价电子能和非成键能大幅降低,键伸缩能和键反转能降低,键角能和扭转能增大,结构模型势能的变化是其由二维平面结构转变为三维立体构型的基础。结构模型的稳定性主要受分子间范德华能的影响。