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质谱学方法在煤分子结构剖析中的研究进展

洁净煤技术 2022年第1期28卷 23-30页

作者：樊星许浩新疆大学煤炭清洁转化与化工过程自治区重点实验室新疆乌鲁木齐830046 山东科技大学化学与生物工程学院山东青岛266590

为实现“双碳”目标下煤化工行业的转型,以煤分子的禀赋特征为出发点,通过提升其精细转化产物的价值,实现生产过程清洁化及目标产品高端化。基于质谱学方法可以深层探究煤分子的结构特征,以碰撞诱导解离等质谱方法研究煤分子及煤温和转... 详细信息

为实现“双碳”目标下煤化工行业的转型,以煤分子的禀赋特征为出发点,通过提升其精细转化产物的价值,实现生产过程清洁化及目标产品高端化。基于质谱学方法可以深层探究煤分子的结构特征,以碰撞诱导解离等质谱方法研究煤分子及煤温和转化为主线,评述了煤分子结构的相关研究进展,通过分子水平的探究为认知煤分子结构单元、监控杂原子反应途径、优选催化剂及反应体系提供了方法学借鉴。

关键词：煤分子结构碰撞诱导解离精细转化质谱分析

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煤分子结构对煤层气吸附与扩散行为的影响

化工学报 2016年第6期67卷 2548-2557页

作者：王宝俊章丽娜凌丽霞章日光太原理工大学煤科学与技术教育部和山西省重点实验室山西太原030024 太原理工大学化学化工学院山西太原030024

对煤的芳香单元延展度、芳香单元堆砌层数以及包括不同缺陷和含氧官能团类型的表面结构对煤层气吸附与扩散的影响进行了研究。采用Monte Carlo模拟方法及分子动力学模拟方法分别得到了煤层气的吸附量与扩散系数,模拟温度为303 K,压力为1... 详细信息

对煤的芳香单元延展度、芳香单元堆砌层数以及包括不同缺陷和含氧官能团类型的表面结构对煤层气吸附与扩散的影响进行了研究。采用Monte Carlo模拟方法及分子动力学模拟方法分别得到了煤层气的吸附量与扩散系数,模拟温度为303 K,压力为10 MPa。研究结果表明,单位质量的煤对甲烷的吸附量随着芳香单元堆砌层数的增加而降低,缺陷和含氧官能团的存在不利于甲烷的吸附。甲烷的扩散随着芳香单元延展度的增加呈现出一个N形的复杂变化过程,单缺陷和羰基的存在有利于煤层气的扩散,煤结构中大的裂隙更有利于煤层气的扩散。最后,基于煤层气的微观影响因素和宏观运移行为提出了煤颗粒径向不均质的煤层气扩散微观模型。

关键词：煤分子结构煤层甲烷吸附扩散分子模拟

煤中噻吩类化合物的脱硫机理及煤分子结构的量子化学研究

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煤中噻吩类化合物的脱硫机理及煤分子结构的量子化学研究

作者：张福荔内蒙古大学

学位级别：硕士

本文利用量子化学方法(M06-2X、CBS-QB3)研究了2-甲基噻吩的分子性质(BDE、ACID、ESP、Becke charge、HOMO和LUMO);并计算了2-甲基噻吩、噻吩和苯并噻吩的反应能垒((35)G)、反应能((35)G)、反应热力学性质(ΔH、ΔG)以及其在惰性和氧化... 详细信息

本文利用量子化学方法(M06-2X、CBS-QB3)研究了2-甲基噻吩的分子性质(BDE、ACID、ESP、Becke charge、HOMO和LUMO);并计算了2-甲基噻吩、噻吩和苯并噻吩的反应能垒((35)G)、反应能((35)G)、反应热力学性质(ΔH、ΔG)以及其在惰性和氧化性气氛下的反应能量图。基于过渡态理论计算了基元反应的速率常数,分别从动力学和热力学角度深入地探讨了煤中噻吩类化合物在惰性和氧化性气氛下的脱硫机理,为煤中其他噻吩硫的脱除机理研究提供分子水平上的理论指导。论文主要研究内容如下:(1)惰性气氛下,2-甲基噻吩热解脱硫反应为吸热反应,且反应温度远高于600 K。氧化性气氛下,2-甲基噻吩氧化脱硫反应为放热反应,初始温度低于600 K。(2)惰性气氛下,H·有利于2-甲基噻吩热解过程中HS的生成,·S·有利于2-甲基噻吩热解生成CS。氧化性气氛下,对于COS形成,由烷基侧链比由噻吩环引发的反应在动力学上更有利;对于SO形成,双分子2-甲基噻吩砜之间的Diels-Alder环加成引起的反应在动力学和热力学上比单分子2-甲基噻吩砜分解更有利。(3)噻吩砜分解生成SO的反应为吸热反应,反应能垒高;噻吩砜通过Diels-Alder环加成反应生成SO为放热反应,反应能垒低。因此,噻吩砜生成SO的主反应为Diels-Alder环加成反应。热力学和动力学上,噻吩砜发生Diels-Alder环加成反应生成SO比分解反应更有利。(4)六元稠环化合物最适宜羧基分布的位点为稠环中的β位。随着煤阶的是升高,从褐煤、烟煤到无烟煤羧基取代基会逐渐较少。当稠环分子中同时具有五元芳香环和六元芳香环时,五元环的α位点也较易被羧基取代,这可能与五元环的α位被羧基取代后的空间位阻比六元环α位被羧基取代后的空间位阻小有关。羟基取代后的化合物受煤阶的影响比较小,羟基在烟煤中也有分布。比较适宜羧基分布的位点为同一个苯环上羟基取代的邻位,这是由于羟基和邻位的羧基形成了氢键,提供了额外的能量使分子稳定。相对于羧基,羟基在类煤化合物上分布更加稳定。类煤化合物中的硫原子不影响羧基和羟基的最适宜分布位置。

关键词：噻吩类化合物脱硫机理量子化学煤分子结构

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煤分子结构与自燃特性的红外光谱研究

煤分子结构与自燃特性的红外光谱研究

作者：李绪萍辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

煤炭自燃是威胁煤矿安全生产的重大灾害之一。因而,应用实验的手段研究煤的微观结构与自燃反应机理是十分必要的。本论文通过对多种不同自燃性煤红外光谱图的分析研究,在总结了前人的经验和研究成果的基础上,从微观的角度得到了易自燃... 详细信息

煤炭自燃是威胁煤矿安全生产的重大灾害之一。因而,应用实验的手段研究煤的微观结构与自燃反应机理是十分必要的。本论文通过对多种不同自燃性煤红外光谱图的分析研究,在总结了前人的经验和研究成果的基础上,从微观的角度得到了易自燃煤与不易自燃煤的分子结构差异;通过对煤在实验室程序升温过程中不同温度下红外光谱图的研究分析,利用不同的方法研究了易自燃煤在不同温度变化下化学键及官能团的变化规律,进而验证了煤微观结构与组分量质差异自燃理论的正确性。

关键词：煤炭自燃煤分子结构红外光谱化学官能团吸收峰

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煤分子结构研究进展

化工时刊 2011年第1期25卷 53-56页

作者：马玉苗周肖魏贤勇新疆工业高等专科学校化学工程系新疆乌鲁木齐830091 中国矿业大学化工学院江苏徐州221008

介绍了煤的利用现状,指出制约煤炭资源高效利用的关键问题是人们没有了解其中有机质大分子确切的组成结构。评述了国内外对煤分子结构的研究方法,着重综述了国内外对煤分子结构的无分离研究、非破坏可分离的溶剂萃取研究及分析仪器在鉴... 详细信息

介绍了煤的利用现状,指出制约煤炭资源高效利用的关键问题是人们没有了解其中有机质大分子确切的组成结构。评述了国内外对煤分子结构的研究方法,着重综述了国内外对煤分子结构的无分离研究、非破坏可分离的溶剂萃取研究及分析仪器在鉴定煤分子结构中的应用。

关键词：煤分子结构无分离溶剂萃取研究进展

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开滦矿区含CO煤层分子结构与煤岩组分关系

煤炭工程 2014年第9期46卷 126-128页

作者：肖藏岩韦重韬郭立稳邹明俊中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221008 煤层气及成藏过程实验室江苏徐州221008 北华航空学院河北廊坊065000

针对开滦矿区煤层开采工程中CO超标的现象,采集了22个典型煤样,通过元素分析和煤岩组分分析研究了H/C、O/C及fa、2(R-1)/C与煤岩显微组分的关系。结果表明,H/C与镜质组和矿物质呈二次曲线关系,与惰质组负相关;O/C与镜质组呈正相关,与惰... 详细信息

针对开滦矿区煤层开采工程中CO超标的现象,采集了22个典型煤样,通过元素分析和煤岩组分分析研究了H/C、O/C及fa、2(R-1)/C与煤岩显微组分的关系。结果表明,H/C与镜质组和矿物质呈二次曲线关系,与惰质组负相关;O/C与镜质组呈正相关,与惰质组和壳质组负相关;fa与镜质组和矿物质为二次曲线关系,与惰质组为三次曲线关系。研究认为:惰质组对煤中CO生成的贡献较大,镜质组含量少于50%时煤分子结构在地质构造作用下发生重排、异构现象,生成CO。

关键词：煤分子结构煤岩组分芳碳率环缩合指数

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陕南地区中煤阶煤分子结构演化特征

西安科技大学学报 2023年第6期43卷 1118-1127页

作者：李焕同邹晓艳张卫国乔军伟中国地质大学构造与油气资源教育部重点实验室湖北武汉430074 西安科技大学地质与环境学院陕西西安710054 商洛学院城乡规划与建筑工程学院陕西商洛726000

为研究陕南地区中煤阶煤结构中官能团的变化,以北秦岭商洛煤产地和上扬子镇巴煤产地的8个中等变质程度煤样为研究对象,采用X射线衍射和傅里叶红外光谱对煤结构进行表征,结合分峰拟合来获取官能团的相对含量及结构参数。结果表明:随着镜... 详细信息

为研究陕南地区中煤阶煤结构中官能团的变化,以北秦岭商洛煤产地和上扬子镇巴煤产地的8个中等变质程度煤样为研究对象,采用X射线衍射和傅里叶红外光谱对煤结构进行表征,结合分峰拟合来获取官能团的相对含量及结构参数。结果表明:随着镜质体反射率增大,芳环层面网间距逐渐减小,堆砌度与延展度逐渐增大,芳香度在反射率为1.30%时出现拐点;中煤阶煤芳香结构中苯环取代方式以三取代和二取代为主,随着变质程度的增高,苯环二取代的比例升高,脂肪族结构逐渐脱落导致相对比例降低,含氧官能团的吸收峰强度逐渐减弱,其中在反射率为1.3%时羰基相对含量最低;自缔合羟基、醚氧羟基和环羟基的相对含量均呈先减小后增大的趋势,煤分子结构中链状结构的环化使环状羟基相对含量在反射率为1.30%后增大,环化作用增强导致甲基含量减少,分子结构空间排列紧密,自缔合羟基相对含量增加;红外结构参数芳碳率、芳香性、芳香环缩聚程度和CH _(2)/CH_(3)等随反射率的增大而增大,成熟度的变化与醚氧或酚羟基的转化相关。总体上芳香结构相对含量增大,脂族结构减少,缩聚程度增加,生烃潜力随反射率增大,反映煤结构的生烃潜力降低。

关键词：中煤阶煤 X射线衍射测试傅里叶红外光谱煤分子结构陕南地区

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水煤浆添加剂与煤分子结构匹配性能的研究

中国矿业大学学报 2006年第4期35卷 454-457页

作者：吴国光王晓春李启辉王共远刘炯天蒋玢中国矿业大学化工学院江苏徐州221008

研究了不同条件下合成的水煤浆添加剂萘磺酸钠甲醛缩合物(NSF)与不同煤化程度煤的分子结构之间的匹配性能.通过改变合成条件,合成出具有不同缩合度的NSF,利用红外光谱对其进行定量分析.将合成出的NSF分别与不同煤化程度的煤样混合进行... 详细信息

研究了不同条件下合成的水煤浆添加剂萘磺酸钠甲醛缩合物(NSF)与不同煤化程度煤的分子结构之间的匹配性能.通过改变合成条件,合成出具有不同缩合度的NSF,利用红外光谱对其进行定量分析.将合成出的NSF分别与不同煤化程度的煤样混合进行制浆实验,考察缩合度与煤分子结构的匹配性,以此来确定最佳缩合度值.结果表明:制浆时,不同煤化程度的煤对应的NSF具有不同的最佳缩合度值.

关键词：水煤浆 NSF 合成煤分子结构匹配性能

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富油煤分子结构对生烃潜力影响研究

新疆地质 2023年第S1期41卷 61-61页

作者：张天印冯烁李鑫王文峰田继军新疆大学地质与矿业工程学院新疆乌鲁木齐830047 中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116 中国地质大学(武汉)资源学院湖北武汉430074

为探究富油煤煤分子结构中官能团和碳骨架结构对富油煤生烃潜力影响,采集三塘湖煤田汉水泉矿区、条湖矿区、淖毛湖煤田煤样和对照组吐哈盆地煤样,实测煤样红外光谱、^(13)C核磁共振波谱。利用Origin2018软件对煤样红外光谱归属和^(13)C... 详细信息

为探究富油煤煤分子结构中官能团和碳骨架结构对富油煤生烃潜力影响,采集三塘湖煤田汉水泉矿区、条湖矿区、淖毛湖煤田煤样和对照组吐哈盆地煤样,实测煤样红外光谱、^(13)C核磁共振波谱。利用Origin2018软件对煤样红外光谱归属和^(13)C核磁共振波谱进行分峰拟合处理,构建富油煤芳香官能团、含氧官能团、脂肪官能团、羟基官能团的红外光谱拟合结果及^(13)C核磁共振拟合结果,以分析官能团特征和碳骨架结构信息。结果表明:(1)通过吐哈富油煤对照实验发现,吐哈煤与三塘湖煤分子结构中芳香类与脂肪类官能团含量及结构特征差异性较大。吐哈煤中芳香结构高于脂肪结构,致使吐哈煤中富氢组分含量较低,变质程度及成熟度偏高,主要以壳质组生油,其中汉水泉与白石湖富油煤具较好生油性能;(2)4组煤样煤化程度由高到低分别为汉水泉煤、白石湖煤、条湖煤、吐哈煤。研究成果有助于加深对煤中官能团和碳骨架结构对富油煤生烃潜力的影响机理理解。

关键词：煤分子结构富油煤傅里叶红外光谱核磁共振波谱官能团