不同煤阶煤分子表面吸附水分子的机理

采用量子化学方法中包含色散矫正的密度泛函理论(DFT-D3),对4种不同煤阶(无烟煤、烟煤、次烟煤、褐煤)的煤分子表面吸附水分子的微观机理进行研究。通过优化煤分子表面吸附水分子的平衡构型,对煤分子表面进行静电势分析,计算相互作用能,并通过约化密度梯度(RDG)判断水分子在不同煤阶煤分子表面的作用类型。研究表明,煤分子与水分子间最大相互作用能为-11.91 kcal/mol,煤吸附水的过程属于物理吸附,且相互作用能的大小由弱相互作用力的类型和作用力个数共同决定。褐煤具有较大静电势的分子表面积最多,褐煤更易与极性水分子形成相互作用。4种不同煤阶煤分子吸附水分子的最大相互作用能大小顺序为:褐煤>次烟煤>烟煤>无烟煤。各煤阶最大相互作用能对应的平衡吸附构型下煤分子与水分子的作用类型依次为:范德华作用力,氢键作用,氢键与范德华作用力的共同作用,两个氢键的共同作用。

褐煤吸附水分子三聚体机理研究

通过量子化学理论计算,构建褐煤分子片段模型,研究其与水分子三聚体之间在微观上的相互作用。对优化后的平衡构型进行分子表面静电势,约化密度梯度函数(RDG)与AIM拓扑分析。结果表明:对于褐煤分子中存在的各种含氧官能团,它们的反应活性从大到小依次为羧基、羟基、甲氧基、甲基。在吸附了水分子后,褐煤构型的静电势分布并未产生较大变化,而静电势局部极大值与极小值点对应区域的面积则有所增加,提供了更多的活性位点。褐煤吸附水分子的作用为物理吸附,以氢键作用为主,同时有少部分范德华弱相互作用。水分子之间形成的氢键作用可能会导致褐煤分子扭曲变形。