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。