伊敏褐煤腐植酸结构特征及其分子模型构建

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作者 赵云刚 李美芬 +5 位作者 崔曦 赵月圆 王小令 邵燕 穆瑞峰 胡子晗 《煤质技术》 2024年第3期1-12,共12页

从褐煤中提取腐植酸对于实现褐煤的清洁高效利用具有重要的意义,而探究蒙东地区褐煤腐植酸结构并构建相应的分子模型对于该地区褐煤应用具有广泛的指导作用。采用碱溶酸析法提取蒙东伊敏褐煤的腐植酸,通过采用X射线衍射、^(13)C核磁共... 从褐煤中提取腐植酸对于实现褐煤的清洁高效利用具有重要的意义,而探究蒙东地区褐煤腐植酸结构并构建相应的分子模型对于该地区褐煤应用具有广泛的指导作用。采用碱溶酸析法提取蒙东伊敏褐煤的腐植酸,通过采用X射线衍射、^(13)C核磁共振以及X射线光电子能谱等方法对腐植酸的结构特征进行全面表征。结果表明:伊敏褐煤腐植酸中的芳香结构是基础,而脂肪结构主要以交联键以及侧链形式存在;褐煤腐植酸中的芳香团簇尺寸较小,芳香层间距相对较大,且呈现无序排列。根据结构表征相关参数,重构了具有代表性的中国蒙东伊敏褐煤腐植酸分子模型。所构建的伊敏褐煤腐植酸分子结构模型计算数据与实验数据大体吻合,能够充分反映伊敏褐煤腐植酸的化学结构特点。模型中芳香碳结构主要以苯、萘环的形式呈现,少量以菲环形式的存在;脂肪碳主要以较短的侧链和脂肪环形式存在,起到连接芳香基本结构单元的作用。氧元素主要以羧基和酯等O—C=O形式存在,同时还包括一定量的酮、醛、醌、酚、醇以及醚氧,其中羰基C O和醚氧具有交联作用。氮元素则主要以吡咯环的形式存在,并伴有少量的吡啶环和季氮。与西南地区云南褐煤腐植酸结构相比,伊敏褐煤中的芳香碳含量更高且吡咯含氮官能团所占比例也更大,并呈现出一定的地区差异性。 展开更多

关键词 腐植酸 结构特征 分子模型 伊敏褐煤 芳香结构 脂肪碳 吡咯环 交联键

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不同变质程度煤的碳结构特征及其演化机制 被引量：37

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作者 相建华 曾凡桂 +3 位作者 梁虎珍 李美芬 宋晓夏 赵月圆 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期1498-1506,共9页

应用X射线衍射(XRD)与核磁共振碳谱测试(13C-NMR)相结合的方法,对5个不同变质程度煤(WMC长焰煤、LL3焦煤、LL4焦煤、CZ无烟煤与SH无烟煤)的碳结构特征及其演化进行了研究。结果表明:(1)变质程度是影响煤中碳结构演化的最重要因素。随着... 应用X射线衍射(XRD)与核磁共振碳谱测试(13C-NMR)相结合的方法,对5个不同变质程度煤(WMC长焰煤、LL3焦煤、LL4焦煤、CZ无烟煤与SH无烟煤)的碳结构特征及其演化进行了研究。结果表明:(1)变质程度是影响煤中碳结构演化的最重要因素。随着煤变质程度的增加,煤中芳碳率增大,芳香核缩聚程度增加,芳香结构单元排列趋于有序。(2)变质环境对煤的碳结构演化具有重要影响。高温低压环境下,WMC煤中芳香结构单元发生超前演化,形成一系列堆垛高度大延展度小的芳香结构体系;脂肪类物质中,一方面脂肪侧链发生快速热解,形成较多的环甲基,另一方面煤中已有的脂肪环发生热解断裂,形成新的脂肪链,导致支链化程度增加。(3)中等变质程度的LL4与LL3煤中发生了显著的脂环化作用,导致其季碳含量明显增高,支链化程度降低。(4)随着变质程度增加,CZ与SH煤样中,脂肪环发生断裂,形成新的脂肪链致使支链化程度增加,成为高变质程度煤中形成更大芳香体系的前奏。 展开更多

关键词 变质程度 芳香碳 脂肪碳 演化

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大同煤田石炭-二叠系接触变质煤的煤岩学特征研究 被引量：9

3

作者 宋晓夏 马宏涛 +3 位作者 李凯杰 刘东娜 赵金贵 薛德生 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第12期182-191,共10页

大范围的岩浆岩侵入煤体严重影响了煤矿开采和煤质,为研究接触变质煤的煤岩学特征,对大同煤田3个矿揭露的3条辉绿岩岩墙及接触变质煤剖面进行了系统采样,对样品进行了镜质体反射率测定、工业分析和元素分析以及宏观煤岩特征和显微组分... 大范围的岩浆岩侵入煤体严重影响了煤矿开采和煤质,为研究接触变质煤的煤岩学特征,对大同煤田3个矿揭露的3条辉绿岩岩墙及接触变质煤剖面进行了系统采样,对样品进行了镜质体反射率测定、工业分析和元素分析以及宏观煤岩特征和显微组分特征的系统观测,并对正常煤和接触变质煤的煤岩学特征参数的差异进行了识别和统计,在对显微组分的类型进行总结归纳的基础上,对接触变质煤中显微组分的演化和识别进行了探讨。研究结果表明:大同煤田的接触变质煤的镜质体反射率通常大于1.0%,干燥基挥发分小于20%;严重热变煤与侵入体直接相邻或镜质体反射率大于2.0%,其宏观煤岩特征与正常煤差异显著,可分为块状焦、砾状焦、粒状焦3种类型;轻微热变煤的镜质体反射率介于1.0%~2.0%;其宏观煤岩特征与正常煤无明显差异;大同煤田接触变质煤的显微组分可分为3类,即原有组分、天然焦基质和新生成的组分;原有组分为原始煤中未热变或轻微热变的镜质组、惰质组和类质组;天然焦基质包括由镜质组和类质组转变而来的中间相小球体、镶嵌结构体、流动结构体等;新生成的组分主要为热解碳。严重热变煤的显微组分以天然焦基质为主,轻微热变煤中残余大量原有组分。 展开更多

关键词 辉绿岩岩墙 岩浆岩侵入体 接触变质作用 煤岩学

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沁水盆地南部无烟煤大分子结构模型及其含甲烷力学性质 被引量：5

4

作者 张彬 曾凡桂 +3 位作者 王德璋 康官先 张晓雨 康天合 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期534-543,共10页

受地质因素影响的煤体结构能够影响煤层气井的产气能力,且在实际地质条件下,煤储层往往含有甲烷,使得含甲烷煤体的力学性质与储层压裂改造的效果密切相关。通过工业分析、元素分析、核磁共振碳谱(13 C-NMR)和X射线光电子能谱(XPS)等手... 受地质因素影响的煤体结构能够影响煤层气井的产气能力,且在实际地质条件下,煤储层往往含有甲烷,使得含甲烷煤体的力学性质与储层压裂改造的效果密切相关。通过工业分析、元素分析、核磁共振碳谱(13 C-NMR)和X射线光电子能谱(XPS)等手段测试和分析了山西沁水盆地寺河矿无烟煤的元素组成、原子比和官能团类型与分布等分子结构特征,构建了其大分子结构模型,模型的碳含量和密度与实测值具有较好的一致性。采用蒙特卡洛法模拟计算了甲烷在无烟煤中的吸附量、吸附位和吸附热,得到了甲烷在无烟煤中的吸附构型。结果表明:甲烷在无烟煤中的饱和吸附量为22.4个/晶胞,Langmuir压力为1.12 MPa,无烟煤模型中的芳香碳、吡啶型氮和吡咯型氮以及羧基是甲烷分子主要吸附位,等温吸附热随吸附压力的升高呈对数下降,说明甲烷在低压力时率先占据无烟煤表面的高能吸附位;甲烷在无烟煤中的吸附热介于22.65~25.00 kJ/mol,远小于42 kJ/mol,属于物理吸附。采用分子动力学方法对无烟煤的含气力学性质进行了模拟,定量研究了含气量对无烟煤的体积模量、杨氏模量、剪切模量和泊松比的影响。结果表明,无烟煤的体积模量、杨氏模量和剪切模量等随着含气量的增大呈对数规律降低,而泊松比随吸附量的增大呈线性增大;与不含甲烷的无烟煤相比,体积模量、杨氏模量和剪切模量最高降低了38.5%,24.4%和27.1%,表明吸附甲烷能够显著降低无烟煤的力学强度,其机理为无烟煤的体积和膨胀率随吸附量的增加呈指数增大,使得无烟煤基质之间的相互作用力降低,进而导致无烟煤的强度降低,抵抗变形的能力减弱。无烟煤的范德华能在吸附甲烷的过程中降幅最大,说明范德华能是保持煤体结构和力学性质稳定的主导因素。 展开更多

关键词 无烟煤 大分子结构模型 沁水盆地 吸附 蒙特卡洛 分子动力学

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伊敏褐煤不同组分相互作用的热重-质谱分析 被引量：3

5

作者 李美芬 邵燕 +2 位作者 李晔熙 范晶 曾凡桂 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期161-169,共9页

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... 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。 展开更多

关键词 伊敏褐煤 有机组分 热重-质谱 煤热解

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煤表面官能团对CH_(4)及CO_(2)吸附性能的影响规律研究 被引量：14

6

作者 相建华 雷蕾 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期145-151,共7页

煤表面官能团对CH_(4)以及CO_(2)吸附性能的影响已得到印证,但不同官能团类型对2种气体吸附行为的具体促进与阻碍作用以及影响因素尚未有定论。利用密度泛函理论,通过计算不同官能团化结构对CH_(4)以及CO_(2)的吸附能数据,揭示了表面官... 煤表面官能团对CH_(4)以及CO_(2)吸附性能的影响已得到印证,但不同官能团类型对2种气体吸附行为的具体促进与阻碍作用以及影响因素尚未有定论。利用密度泛函理论,通过计算不同官能团化结构对CH_(4)以及CO_(2)的吸附能数据,揭示了表面官能团对CH_(4)以及CO_(2)吸附性能的作用规律。结果表明:无论是在经官能团修饰的结构中还是无官能团化碳-Layer结构中,CO_(2)的吸附能均大于CH_(4),表明CO_(2)与煤大分子结构间的作用均大于CH_(4)。CH_(4)在CH_(4)/CO_(2)竞争吸附的吸附能模拟中,吸附平衡距离大于单一CH_(4)分子吸附模拟平衡距离;CO_(2)在CH_(4)/CO_(2)竞争吸附的吸附能模拟中,吸附平衡距离小于单一CO_(2)分子吸附平衡距离,CO_(2)表现出竞争吸附优势。CH_(4)在不同含氧官能团化结构中吸附能大小的顺序为羰基-Layer结构(-23.64 kJ/mol)>羟基-Layer结构(-19.44 kJ/mol)>羧基-Layer结构(-18.28 kJ/mol),上述吸附能均都小于CH_(4)在无官能团化C-Layer结构中的吸附能(-25.37 kJ/mol);含氧官能团的存在削弱了煤体的CH_(4)吸附性能,且影响强弱与官能团的碱性与疏水性有关。CO_(2)在不同含氧官能团化结构中吸附能大小的顺序为羧基-Layer结构(-36.33 kJ/mol)>羟基-Layer结构(-34.06 kJ/mol)>羰基-Layer结构(-33.43 kJ/mol),上述吸附能均大于CO_(2)在无官能团化碳-Layer结构中的吸附能(-32.54 kJ/mol));含氧官能团的存在提高了煤体的CO_(2)吸附性能,且影响强弱与官能团的极性有关。吡啶氮官能团化结构中CH_(4)的吸附能为-31.00 kJ/mol,大于无官能团化碳-Layer结构中CH_(4)的吸附能;吡咯氮官能团化结构中CH_(4)的吸附能为-6.40 kJ/mol,,小于无官能团化碳-Layer结构中CH_(4)的吸附能。CO_(2)在吡啶氮官能团化结构与吡咯氮官能团化结构中的吸附能分别为-50.56 kJ/mol与-14.71 kJ/mol。含氮官能团对煤体结构吸附CH_(4)和CO_(2)的阻碍与促进作用具有相同的规律,即吡啶促进吸附而吡咯阻碍吸附。 展开更多

关键词 吸附机理 煤表面官能团 密度泛函理论 吸附能 甲烷 二氧化碳

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伊敏褐煤不同化学组分结构特征的红外光谱研究 被引量：31

7

作者 赵云刚 李美芬 +4 位作者 曾凡桂 梁虎珍 赵月圆 相建华 李二虎 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期546-554,共9页

借助傅里叶变换红外光谱仪对伊敏褐煤不同化学组分的结构特征进行了分析,并运用origin7.5软件对伊敏褐煤不同化学组分红外光谱曲线进行了分段分峰拟合,计算了伊敏褐煤不同化学组分的红外光谱结构参数。结果表明,脱灰后伊敏煤的羧基振动... 借助傅里叶变换红外光谱仪对伊敏褐煤不同化学组分的结构特征进行了分析,并运用origin7.5软件对伊敏褐煤不同化学组分红外光谱曲线进行了分段分峰拟合,计算了伊敏褐煤不同化学组分的红外光谱结构参数。结果表明,脱灰后伊敏煤的羧基振动强度增强,由原煤中的肩峰变为尖峰,脂肪CH和芳香CH的振动也均受到影响,表现为,苯环四取代增多,苯环二取代减少,脂肪CH_2振动减少,脂肪CH_3振动增加,结构参数I_1,I_2和A值均增大,表明其具有良好的潜在生烃能力;腐殖酸和沥青质中的羧酸及OH-π氢键含量较高,芳香结构中苯环四取代和苯环一取代较多,脂肪CH振动所占比例较高,而不对称CH_2振动所占比例较低,红外光谱结构参数的计算结果显示腐殖酸的脂肪氢浓度最大,说明腐殖酸和沥青质中含有的脂肪烃其长度较短,且支链化程度较高;残煤中的芳香C=C振动较大,脂肪烃以长链为主,且支链较短。 展开更多

关键词 伊敏褐煤 不同化学组分 红外光谱 结构 特征参数

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基于HRTEM的煤中不同聚集态结构表征 被引量：15

8

作者 王小令 李霞 +1 位作者 曾凡桂 边洁晶 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期749-759,共11页

对曹村2号煤的HRTEM图像观察发现,晶格条纹呈现出有序-无序的分布。通过对原始图像的不同区域划分,定义了3种不同类型的聚集态结构区域,分别为具有取向一致的条纹区域,类似环状的条纹区域,取向杂乱的条纹区域。基于HRTEM图像处理方法,... 对曹村2号煤的HRTEM图像观察发现,晶格条纹呈现出有序-无序的分布。通过对原始图像的不同区域划分,定义了3种不同类型的聚集态结构区域,分别为具有取向一致的条纹区域,类似环状的条纹区域,取向杂乱的条纹区域。基于HRTEM图像处理方法,对不同类型的聚集态结构进行定量表征,包括晶格条纹的长度及取向,以及曲率特征(分段角度,累积角度及曲折度)。结果表明:具有一致取向的条纹区域中,其单个晶格条纹表现出较大的弯曲,体现在分段角度较大,曲折度较大;对于类似环状的条纹区域,从取向上来看,玫瑰图表现出"十字型"分布的特点;而对于取向杂乱的条纹,却表现出单个条纹较好的线性度,体现在分段角度较小,曲折度较小。3者呈现了较为一致的长度分布,累积角度的分布显示出具有一致取向区域的条纹存在较大的曲率,且短条纹贡献了大部分的弯曲。此外,还对不同区域孔径分布进行了分析,得到3者均发育微孔,取向一致的条纹区域中孔径集中于0.4~0.5 nm,而在取向杂乱的条纹区域中孔径整体稍大。结合煤中不同区域晶格条纹特征、孔径分布,以及FTIR,Raman等分子结构参数探讨了煤中聚集态结构的形成机制:不同的芳香结构,脂肪结构及其他分子之间形成的大分子团,再加上分子团内部的缺陷,孔隙等相互作用的结果。 展开更多

关键词 煤 HRTEM 聚集态结构 晶格条纹特征 形成机制

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云南干河特高有机硫煤中铼的地球化学特征及富集成因探讨 被引量：4

9

作者 赵月圆 曾凡桂 +1 位作者 梁虎珍 唐跃刚 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期2679-2687,共9页

利用高分辨率电感耦合等离子质谱(ICP-MS)结合微量元素地球化学指标参数和带能谱的场发射扫描电镜(SEM-EDS)对云南干河上二叠统吴家坪组3,4号特高有机硫煤(Sod=9.03%)中铼元素(Re)的地球化学特征和富集成因进行了探讨,结果表明:Re在干... 利用高分辨率电感耦合等离子质谱(ICP-MS)结合微量元素地球化学指标参数和带能谱的场发射扫描电镜(SEM-EDS)对云南干河上二叠统吴家坪组3,4号特高有机硫煤(Sod=9.03%)中铼元素(Re)的地球化学特征和富集成因进行了探讨,结果表明:Re在干河煤中高度富集,平均含量为229.14 ng/g,与世界硬煤中1 ng/g的平均含量相比,其富集系数达229.14。Re含量与灰分产率及常量元素含量的相关分析表明,3号煤层Re主要赋存于有机质中,而4号煤层除赋存在有机质中外,还存在于黏土矿物中。Sr/Ba,U/Th,Ni/Co和Vi/Ni+V地球化学指标参数表明,3,4号煤形成于受海水影响的强还原环境泥炭沼泽。干河煤中Re的富集可能更多的来自于后生阶段的热液流体,随海水入侵至煤层后被有机质还原,迁移能力减弱从而主要被有机质吸附、络合。3号煤中Re异常高富集煤分层(GH12-3,1 150 ng/g)同时也富集Co,Ni,Cu,Zn和Cd,这可能与该煤层的成煤环境和海洋微生物相关。 展开更多

关键词 铼 特高有机硫煤 地球化学特征 赋存形态

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聚集态结构热模拟演化特征HRTEM分析——以内蒙古伊敏煤为例 被引量：4

10

作者 范晶 李美芬 +3 位作者 曾凡桂 赵云刚 王小令 邵燕 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1978-1984,共7页

以伊敏煤为研究对象,利用高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)对伊敏煤热模拟后4个不同温度点(384,456,528和600℃)产物的聚集态结构特征进行了研究,并利用热重质谱联用(TG-MS)实验分析了伊敏煤热解过程中主要气态产物的析出特征。研究结果表... 以伊敏煤为研究对象,利用高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)对伊敏煤热模拟后4个不同温度点(384,456,528和600℃)产物的聚集态结构特征进行了研究,并利用热重质谱联用(TG-MS)实验分析了伊敏煤热解过程中主要气态产物的析出特征。研究结果表明,伊敏煤热模拟过程中,芳香层片的长度、弯曲度、有序性、层间距及堆垛高度等均随温度增加发生了阶段性变化,并与热解过程中气态产物的生成密切相关;384~456℃阶段,1×1芳香层片增多,而较大尺寸的芳香层片减少,弯曲度为1.0~1.2的芳香层片增多,较大弯曲度的芳香层片减少,有序性变好,这些现象均与芳香结构内羧基或其他含氧杂环裂解有关,与此同时芳香层片层间距减小,堆垛高度增加;456~528℃阶段,体系内芳香甲基或芳香甲基醚键断裂生成甲烷,新形成的芳香结构聚合,导致1×1芳香层片减少,较大尺寸芳香层片增多,弯曲度为1.0~1.2的芳香层片减少,较大弯曲度的芳香层片增多,有序性变好,同时芳香层片层间距减小,堆垛高度增加;528~600℃阶段,煤热解以小芳香层片的缩聚反应生成大量H_(2)占主导地位,因此1×1芳香层片大幅减少,较大尺寸芳香层片大幅增多,弯曲度为1.0~1.2的芳香层片减少,较大弯曲度的芳香层片增多,芳香层片有序性变差,芳香层片层间距略有增大,堆垛高度显著增加。 展开更多

关键词 伊敏褐煤 热模拟 高分辨透射电子显微镜 聚集态结构

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伊敏煤热解过程中化学结构演化特征的原位拉曼光谱 被引量：5

11

作者 李美芬 李晔熙 +4 位作者 邵燕 陈小珍 崔曦 左家琦 蒋恒宇 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期4313-4322,共10页

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... 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。 展开更多

关键词 原位拉曼光谱 结构演化 低煤阶煤 石墨化作用 热重-质谱

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中煤阶煤结构演化的Raman光谱表征 被引量：2

12

作者 邵燕 陈小珍 +4 位作者 李晔熙 左家琦 崔曦 蒋恒宇 李美芬 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期295-303,共9页

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... 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。 展开更多

关键词 中煤阶煤 RAMAN光谱 结构演化 聚集态结构 煤化作用跃变

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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 被引量：1

13

作者 李二虎 《煤炭技术》 CAS 2018年第8期295-297,共3页

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... 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。 展开更多

关键词 吡啶抽提 核磁共振 结构模型 分子模拟

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屯兰2~#残煤模型构建及量子化学模拟

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作者 姜永泼 《煤炭技术》 CAS 2018年第8期50-52,共3页

TLR结构模型中芳香部分以蒽环为主,含有少量萘环和苯环,脂肪结构以甲、乙基等脂肪侧链和环烷烃为主,含氧官能团有酚羟基和羰基2种形式。量子化学模拟结果表明脂肪烃的键长较长、键级较小并带有数目较大的负电荷因此化学活性高,苯环使周... TLR结构模型中芳香部分以蒽环为主,含有少量萘环和苯环,脂肪结构以甲、乙基等脂肪侧链和环烷烃为主,含氧官能团有酚羟基和羰基2种形式。量子化学模拟结果表明脂肪烃的键长较长、键级较小并带有数目较大的负电荷因此化学活性高,苯环使周围结构单元的稳定性增强,与羰基相连的碳碳单键反应活性明显增强。 展开更多

关键词 屯兰2#残煤 13C—NMR 分子结构模型

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Pb^(2+)、Zn^(2+)在改性高岭石中吸附特性的分子模拟

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作者 陈少航 房晓红 +1 位作者 曾凡桂 李晓俊 《矿产综合利用》 CAS 2024年第2期201-206,220,共7页

这是一篇矿业工程领域的论文。为了探究重金属Pb^(2+)和Zn^(2+)在高岭石-尿素插层复合体中的吸附机理,采用分子模拟的技术,在268、283、298 K和恒压0.1 MPa的条件下,分别在Pb^(2+)、Zn^(2+)的单一体系和共存体系中进行模拟计算。结果表... 这是一篇矿业工程领域的论文。为了探究重金属Pb^(2+)和Zn^(2+)在高岭石-尿素插层复合体中的吸附机理,采用分子模拟的技术,在268、283、298 K和恒压0.1 MPa的条件下,分别在Pb^(2+)、Zn^(2+)的单一体系和共存体系中进行模拟计算。结果表明:单独对Pb^(2+)、Zn^(2+)吸附时,吸附量都随温度的升高而降低,等量吸附热也具有同样的趋势,吸附量和等量吸附热均为Pb^(2+)>Zn^(2+),自扩散系数随温度的增加而增加,且Zn^(2+)>Pb^(2+);在竞争吸附中,变化规律与单独吸附一致,且Pb^(2+)、Zn^(2+)的吸附量和等量吸附热均小于单独吸附时的值,自扩散系数均大于单独吸附时的值,说明两者之间存在竞争吸附行为。 展开更多

关键词 矿业工程 高岭石-尿素插层复合体 模拟计算 单独吸附 竞争吸附

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黏土矿物类型对煤力学非均质性影响的分子机制

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作者 张彬 孙蓓蕾 +7 位作者 王德璋 康天合 冯智杰 李立功 李昊洋 梁晓敏 朱文庆 张俊爽 《煤炭学报》 2025年第5期2567-2580,共14页

煤层气是我国重要的非常规天然气资源,但无机矿物影响下的煤储层具有强烈的力学非均质性,存在已成功使用的工程技术在其他煤层气井不适用的情况,深入研究煤中无机矿物与有机质的相互作用及其对煤力学非均质性的影响机制具有重要的意义... 煤层气是我国重要的非常规天然气资源,但无机矿物影响下的煤储层具有强烈的力学非均质性,存在已成功使用的工程技术在其他煤层气井不适用的情况,深入研究煤中无机矿物与有机质的相互作用及其对煤力学非均质性的影响机制具有重要的意义。利用分子模拟对比分析了高岭石、伊利石和蒙脱石3种典型黏土矿物与无烟煤有机质的相互作用范围、位置和强度及差异性,阐明了不同黏土矿物对煤孔隙率的影响规律,揭示了煤力学非均质对黏土矿物类型的响应特征。结果表明:高岭石或伊利石与煤有机质的径向分布函数呈双峰特性,同时存在氢键作用和范德华力,而蒙脱石的径向分布函数呈单峰分布,相互作用以范德华力为主,占总能量变化的89.36%,不存在氢键作用;矿物分子进入到煤有机质后会相互堆叠填充,形成具有一定的非均质性且形状不规则的纳米孔隙结构,相同矿物含量下,含不同矿物类型煤的孔隙率大小顺序为:蒙脱石>伊利石>高岭石;黏土矿物与煤有机质的相互作用强度主要取决于黏土矿物分子的尺寸,呈反比例关系;不同高岭石含量下,无烟煤的体积模量、弹性模量和剪切模量非均质性可分为5个部分,存在变异性极高的区域,而含伊利石和含蒙脱石无烟煤除了剪切模量存在高变异区域,其他力学参数均处于低变异范围以下,高岭石对无烟煤力学非均质的影响程度要大于伊利石和蒙脱石的影响。研究成果将为预测煤储层力学性质的变化规律且根据煤中不同黏土矿物特征有针对性的制定储层改造措施和开发方案提供力学依据。 展开更多

关键词 无烟煤 黏土矿物类型 力学性质 非均质性 分子模拟

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高岭石表面吸附铅和镉的模拟计算 被引量：7

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作者 杨飞 房晓红 +1 位作者 曾凡桂 张雅怡 《矿产综合利用》 CAS 北大核心 2020年第5期196-202,100,共8页

为了探究重金属离子铅和镉在高岭石(001)表面的吸附机理,通过Materials Studio软件,采用分子动力学和蒙特卡洛方法进行吸附模拟计算,在288、293、298、303和308K,恒压101 kP条件下分别在Pb2+和Cd2+的单一体系和共存体系中进行模拟计算... 为了探究重金属离子铅和镉在高岭石(001)表面的吸附机理,通过Materials Studio软件,采用分子动力学和蒙特卡洛方法进行吸附模拟计算,在288、293、298、303和308K,恒压101 kP条件下分别在Pb2+和Cd2+的单一体系和共存体系中进行模拟计算。结果表明:单独对Pb2+吸附时,主要分为3个吸附层,303 K之前主要吸附峰和次要吸附峰有所增加,但是游离吸附层逐渐消失。303 K之后主要吸附峰和次要吸附峰都随温度的增加而下降,吸附量在整个过程中都在下降;单独对Cd2+吸附时,主要吸附峰在298 K时发生转折,T层对Cd2+的吸附能力大于O层,在298 K之后次要吸附峰逐渐降低,直至消失,并且在303 K时获得足够能量,突破O层吸附能垒开始逃逸,在整个过程中吸附量也是下降的;共存体系下,Pb2+的吸附量远大于Cd2+的吸附量,并且随着温度的升高,Pb2的吸附量减少,而Cd2+的吸附量增加,两者之间存在竞争吸附行为。 展开更多

关键词 重金属离子 高岭石 模拟计算 竞争吸附 PB2+ Cd2+

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二氧化碳在高岭石孔隙中吸附的分子模拟 被引量：4

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作者 左骁遥 房晓红 曾凡桂 《矿产综合利用》 CAS 北大核心 2020年第1期163-167,共5页

为了研究二氧化碳在高岭石孔隙中的吸附行为,应用Materials Studio软件,通过巨正则蒙特卡洛和分子动力学模拟方法,对2 nm、5 nm以及8 nm的高岭石孔隙在0.25 km到2.5 km范围内每间隔为0.25 km的埋深下对于二氧化碳的吸附作用进行了研究... 为了研究二氧化碳在高岭石孔隙中的吸附行为,应用Materials Studio软件,通过巨正则蒙特卡洛和分子动力学模拟方法,对2 nm、5 nm以及8 nm的高岭石孔隙在0.25 km到2.5 km范围内每间隔为0.25 km的埋深下对于二氧化碳的吸附作用进行了研究。研究结果为:随着高岭石孔径的增大,二氧化碳的吸附量增大,等量吸附热减小,而随着埋深的增大,二氧化碳的吸附量以及等量吸附热减小,吸附量和等量吸附热在埋深为0.75 km时达到最大。等量吸附热均小于42 kJ/moL,表明二氧化碳在高岭石孔隙中的吸附为物理吸附。二氧化碳分子在靠近壁面的位置出现三个吸附峰,由靠近壁面的位置往孔隙内部分别是主要吸附层、次要吸附层以及游离层。 展开更多

关键词 高岭石孔隙 二氧化碳 吸附 埋深 孔径

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灵丘线性体定量分析与成矿预测 被引量：1

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作者 王媛媛 李好斌 +2 位作者 张廷 郭琳 无 《煤炭技术》 CAS 北大核心 2017年第2期112-114,共3页

选用Landsat7 ETM+图像做数据源,进行预处理、741波段合成加强图像构造信息,以此进行线性构造解译。利用定量统计方法绘制出线性体强度图、密度图。依据研究区线性体异常高值区、地球化学异常和已知矿床(点)分布资料归纳分析,圈定出3个... 选用Landsat7 ETM+图像做数据源,进行预处理、741波段合成加强图像构造信息,以此进行线性构造解译。利用定量统计方法绘制出线性体强度图、密度图。依据研究区线性体异常高值区、地球化学异常和已知矿床(点)分布资料归纳分析,圈定出3个级别的7个成矿前景区。 展开更多

关键词 线性构造 定量统计 成矿预测

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线性体分形统计与蚀变信息提取在灵丘成矿预测中的应用

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作者 王媛媛 李好斌 +1 位作者 郭琳 张廷 《煤炭技术》 CAS 北大核心 2016年第12期129-131,共3页

应用遥感技术对山西多金属成矿的灵丘地区进行成矿预测。选取ETM+影像,在图像预处理基础上进行线性体解译,利用分形理论求出全区及分段维数。采用主成分分析法提取铁染和羟基蚀变。将研究区分成64个单元区,综合分析5个已知矿区地学信息... 应用遥感技术对山西多金属成矿的灵丘地区进行成矿预测。选取ETM+影像,在图像预处理基础上进行线性体解译,利用分形理论求出全区及分段维数。采用主成分分析法提取铁染和羟基蚀变。将研究区分成64个单元区,综合分析5个已知矿区地学信息,预测出8个成矿前景单元。 展开更多

关键词 线性构造 分维 蚀变信息提取

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