發(fā)布時間：2020-08-24 16:30

【摘要】：煤炭在開采、儲存與應(yīng)用過程中長期面臨嚴(yán)重的自然發(fā)火威脅,嚴(yán)重影響了煤礦的安全生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展。噴灑阻化劑是預(yù)防煤自燃的重要技術(shù)之一,但現(xiàn)有阻化劑仍存在著阻化效果單一和阻化效率低等問題。本文基于煤自燃鏈?zhǔn)椒磻?yīng)機(jī)理,采用高效抗氧化劑褪黑素作為化學(xué)阻化成分,高吸水性樹脂聚丙烯酸-海藻酸鈉作為物理阻化成分,制備了抗氧化型物理-化學(xué)復(fù)合阻化劑,并采用傅里葉原位紅外光譜和煤自燃傾向性氧化動力學(xué)測試方法,從微觀和宏觀的角度驗證了其對煤自燃高效的阻化效果,對煤自燃阻化劑的研究和煤自燃防治的開展有重要的理論指導(dǎo)意義。首先,基于煤氧化關(guān)鍵基元反應(yīng)和抗氧化劑抑制煤氧化的微觀機(jī)理,選取了抗氧化劑褪黑素作為研究對象,采用傅里葉原位紅外光譜測試方法,分析比較了不同抗氧化劑對煤自燃過程中關(guān)鍵活性基團(tuán)的影響,從多種抗氧化劑中篩選出了褪黑素作為高效的煤自燃化學(xué)阻化成分。其次,采用量子化學(xué)計算的方法,分析推導(dǎo)了褪黑素抑制煤氧化的微觀機(jī)理,并通過原位紅外光譜測試得出其最佳添加比例。在煤氧化升溫過程中,褪黑素對于甲基、亞甲基和羥基氧化的抑制和對醚鍵生成的促進(jìn)具有優(yōu)異的效果。具體表現(xiàn)為褪黑素分子苯環(huán)側(cè)鏈的碳碳雙鍵作為反應(yīng)活性軌道,優(yōu)先與煤氧化反應(yīng)生成的脂氧和脂過氧自由基反應(yīng),生成穩(wěn)定的醚鍵結(jié)構(gòu)R-O-R’,從而有效抑制活躍的煤氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng),使煤溫不能達(dá)到較高的溫度,抑制煤的自燃。通過對多種比例的褪黑素阻化煤樣測試分析,結(jié)果表明褪黑素的最佳添加比例為6wt%。最后,在此基礎(chǔ)上,通過化學(xué)交聯(lián)制備了由褪黑素與聚丙烯酸-海藻酸鈉復(fù)配制成的抗氧化型物理-化學(xué)復(fù)合阻化劑。相比單一的褪黑素,其阻化效果明顯增強(qiáng);在高溫階段,因聚丙烯酸-海藻酸鈉的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和籠式包覆結(jié)構(gòu),褪黑素的穩(wěn)定性被很好的保護(hù),實現(xiàn)了多級釋放和持續(xù)阻化的效果,能持續(xù)穩(wěn)定地抑制煤氧化過程中CO的生成,提高煤氧化的交叉點溫度,降低70℃時氧氣消耗速率;褪黑素與聚丙烯酸-海藻酸鈉最佳的復(fù)配質(zhì)量比為1:4。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TD752.2
【圖文】：

碩士學(xué)位論文6圖1-2 煤氧吸附鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過程示意圖Figure 1-2 Schematic diagram of chain reactions of coal oxidation國內(nèi)相關(guān)研究者也對煤自燃機(jī)理進(jìn)行了大量的研究。徐精彩[33]、葛嶺梅等[34]研究了煤中活性基團(tuán)的種類及其活性順序，推導(dǎo)了煤自燃產(chǎn)物的反應(yīng)過程，得到了與上述國外學(xué)者一些相同的結(jié)果。王繼仁等[35-37]通過量子化學(xué)方法計算模擬了煤分子結(jié)構(gòu)簡化模型中煤自燃過程中的一些產(chǎn)物產(chǎn)生過程，石婷[38]、王寶俊等[39,40]針對獨(dú)立基團(tuán)進(jìn)行了反應(yīng)機(jī)理的量子化學(xué)研究。戚緒堯等人推導(dǎo)出了羥基和羧基的基元反應(yīng)[41]，并通過量子化學(xué)計算驗證了反應(yīng)的可行性，得出了反應(yīng)的活化能和放熱量[18, 19]。煤自燃阻化劑正是基于以上煤自燃機(jī)理，從宏觀和微觀上切斷煤氧化和自燃的關(guān)鍵因素。即從物理角度吸收煤溫、隔絕氧氣，或從化學(xué)角度針對性地破壞煤分子結(jié)構(gòu)活性基團(tuán)，阻斷煤自燃自由基的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而抑制煤氧化升溫的速率，將煤自燃發(fā)展過程抑制在自熱期以下。1.2.2 煤自燃阻化劑的研究煤自燃的阻化機(jī)理主要包括兩個方面：宏觀方面從影響煤氧化過程的溫度、氧濃度等外在因素出發(fā)，有吸熱降溫、隔絕氧氣等方法，主要是減少氧化反應(yīng)的發(fā)生；微觀方面從氧化反應(yīng)的化學(xué)機(jī)理出發(fā)

了脂過氧基理論上會發(fā)生的一系列鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，有效的減緩了煤氧化的發(fā)展進(jìn)程，如圖 2-1 所示。圖2-1 維生素 C 對煤氧化反應(yīng)的抑制機(jī)理Figure 2-1 Mechanism of VC inhibiting coal oxidation

化學(xué)名稱為 N-乙�；�-5-甲氧基色胺，化學(xué)結(jié)構(gòu)式如圖 2-2 所示。圖2-2 褪黑素的化學(xué)結(jié)構(gòu)式Figure 2-2 Chemical structure of melatonin褪黑素的抗氧化性較強(qiáng)，能清除許多不同種類的氧化性自由基[97]，被廣泛

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 馬礪;任立峰;艾紹武;張李榮;李貝;;氯鹽阻化劑對煤自燃極限參數(shù)影響的試驗研究[J];安全與環(huán)境學(xué)報;2015年04期

2 鄧軍;胡安鵬;馬礪;董國強(qiáng);張穎;;煤自燃防治氣溶膠制備的試驗[J];煤礦安全;2015年04期

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5 劉鑫;肖e

本文編號：2802696