【摘要】：能源是現(xiàn)代社會人類生存和持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ),煤炭作為我國工業(yè)體系中最重要的礦物化工燃料,在生產(chǎn)中發(fā)揮著無可替代的作用。而煉焦煤為當(dāng)今我國乃至全世界能源體系結(jié)構(gòu)中的重要組成部分,伴隨著我國國民生產(chǎn)總值的提高,科技、經(jīng)濟(jì)等多方面的長足發(fā)展,如何充分使用我國的豐富煤炭資源生產(chǎn)清潔進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)是如今我國能源利用領(lǐng)域面臨的重大挑戰(zhàn),促使科研工作者對煤的高效轉(zhuǎn)化與清潔方面的研究更加深入,因此對深入了解煤的熱反應(yīng)機(jī)理提出了更高的要求。本文以東曲2號鏡煤為研究對象,利用工業(yè)分析和元素分析、FTIR、XRD、XPS、~(13)C-NMR測試數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)分析軟件Origin7.5、ACD/Labs C-NMR、gNMR進(jìn)行東曲2號煤的大分子結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建,采用材料分析軟件Materials Studio對大分子結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行分子力學(xué)、分子動力學(xué)以及量子化學(xué)模擬,采用基于蒙特卡洛模擬的ReaxFF反應(yīng)力場模擬大分子結(jié)構(gòu)模型在介觀尺度下的熱解反應(yīng),以及有關(guān)的能量變化和熱解產(chǎn)物的生成性質(zhì)。最后對樣品的TG/MS實驗結(jié)果進(jìn)行對比分析,在模擬層面與熱解實驗進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,主要內(nèi)容如下:1、對東曲2號煤的鏡質(zhì)體進(jìn)行反射率測定,可得R~o_(max)=1.81%,可知此煤樣為變質(zhì)程度較高的貧瘦煤,在工業(yè)中主要以配煤的形式出現(xiàn)。2、對東曲2號煤的結(jié)構(gòu)利用FTIR進(jìn)行表征,可得到煤結(jié)構(gòu)中的甲基、亞甲基、次甲基的比值約為4:3:2,紅外芳碳率為0.65;利用XRD進(jìn)行表征,可得到芳香層間距為3.55?,堆砌高度為21.32?,堆砌層數(shù)為6.01層;利用XPS分別對O元素、N元素進(jìn)行表征,可得到樣品中無機(jī)氧、吸附氧和有機(jī)氧三種氧元素存在形式的比例為1:3:4,吡咯型氮與吡啶型氮的含量之比為1:1;利用~(13)C-NMR進(jìn)行表征,可得到此樣品的核磁芳碳率為0.65,此處的核磁芳碳率和紅外芳碳率一致。3、利用東曲2號煤的結(jié)構(gòu)表征信息,可知此樣品的芳香橋碳與周碳之比為0.35,故在所需要構(gòu)建的大分子結(jié)構(gòu)模型中添加3個芘或其同分異構(gòu)體,2個蒽或其同分異構(gòu)體菲,2個萘及1個苯環(huán),計算得到雜原子中N原子存在于1個吡咯環(huán)及1個吡啶環(huán)中,O原子存在于4個酚羥基及1個羧基中。使用ACD/Labs軟件對樣品的初始大分子結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行構(gòu)建并進(jìn)行~(13)C-NMR譜圖模擬計算,將模擬譜圖和實驗譜圖的進(jìn)行對比后,對模型進(jìn)行修正得到和實驗結(jié)果吻合較好的大分子化學(xué)結(jié)構(gòu)模型,結(jié)構(gòu)模型的化學(xué)分子式為C_(174)H_(148)O_5N_2。4、采用分子力學(xué)和分子動力學(xué)方法在Materials Studio軟件中對一個大分子結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化退火后,得到能量最小幾何構(gòu)型,優(yōu)化結(jié)果表明經(jīng)過優(yōu)化后芳香結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了彎曲變形,范德華力能和鍵伸縮能都有不同程度的降低,而對應(yīng)的是鍵角能和鍵扭轉(zhuǎn)能均出現(xiàn)增加,通過添加邊界條件模擬得到密度模擬結(jié)果表明大分子結(jié)構(gòu)模型的密度分別1.45 g/cm~3。采用VAMP模擬模塊來計算大分子化學(xué)結(jié)構(gòu)模型中的鍵長、鍵級和電荷布居數(shù)作為主要結(jié)構(gòu)參數(shù),通過對參數(shù)的分析可以得到芳香結(jié)構(gòu)中C-C鍵鍵長相比脂肪烴C-C鍵鍵長較短,鍵級較大,故芳香結(jié)構(gòu)化學(xué)穩(wěn)定性相比于脂肪烴較高。5、在材料化學(xué)模擬平臺ADF軟件中分別對大分子結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行不同條件下的熱解模擬。(1)在等溫條件下進(jìn)行熱解模擬通過分析可以得出,隨著溫度升高,模擬系統(tǒng)內(nèi)的總分子數(shù)、總能、勢能、鍵能的變化趨勢為隨著時間的推移逐漸增大,而旋轉(zhuǎn)能以及范德華能的變化趨勢為隨著時間的推移逐漸減小;不同的溫度下模擬系統(tǒng)內(nèi)的總分子數(shù)、總能、勢能、鍵能、旋轉(zhuǎn)能以及范德華能的變化規(guī)律基本一致。(2)在不同升溫速率條件下的熱解模擬通過分析可以得出,隨著升溫速率的變大,模擬體系內(nèi)的總分子數(shù)、總能、勢能、鍵能、旋轉(zhuǎn)能以及范德華能的變化程度越來越大。6、TG/MS熱解實驗中以熱解主要產(chǎn)物CH_4為例,經(jīng)分析煤熱解過程中主要有三類反應(yīng)產(chǎn)生CH_4:熱解過程中煤中較短的脂肪鏈地斷裂、甲氧基上的甲基脫落、醇類官能團(tuán)的脫落以及長鏈脂肪烴的二次裂解出來甲基繼而生成CH_4;煤中的與芳香核、環(huán)烷烴相連的甲基由于外界高溫的作用致使甲基脫落繼而生成CH_4;煤中的芳香結(jié)構(gòu)由于縮聚作用生成脂環(huán)結(jié)構(gòu)后由于外界高溫的作用致使甲基脫落繼而生成CH_4。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ530

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王威;;褐煤大分子結(jié)構(gòu)模型及靜態(tài)微觀參數(shù)特征[J];煤炭技術(shù);2015年06期

2 徐龍君,鮮學(xué)福,張代鈞;突出區(qū)煤的化學(xué)組成和大分子結(jié)構(gòu)研究[J];重慶大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1997年02期

3 杜云貴，，任震，鮮學(xué)福，張廣洋;煤的各向電異性與其大分子結(jié)構(gòu)間的關(guān)系[J];煤炭轉(zhuǎn)化;1995年04期

4 張代鈞,鮮學(xué)福;煤大分子結(jié)構(gòu)研究的進(jìn)展[J];重慶大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1993年02期

5 張代鈞,鮮學(xué)福;煤大分子結(jié)構(gòu)的電子自旋共振譜表征[J];分析測試學(xué)報;1993年06期

6 朱自強(qiáng);梅樂和;馮幼琴;陳孝國;;用雙水相體系分離生物活性蛋白質(zhì)[J];浙江化工;1988年05期

7 孫春玲;;重氮感光膠膜清除劑[J];精細(xì)化工信息;1988年01期

8 張蓬洲,楊煌,吳奇虎,朱亞杰,錢樹安;撫順煙煤的固體核磁共振 X射線衍射和電子能譜的研究[J];燃料化學(xué)學(xué)報;1989年01期

9 張代鈞,鮮學(xué)福;紅外光譜法研究煤大分子結(jié)構(gòu)[J];光譜學(xué)與光譜分析;1989年03期

10 Michael A;Venis;苗青;趙霞;;受體的特征[J];長沙水電師院學(xué)報(自然科學(xué)版);1989年04期

相關(guān)會議論文 前9條

1 鄭敏;;基于大分子設(shè)計的抗菌基因纖維研究及應(yīng)用[A];2018（第3屆）抗菌科學(xué)與技術(shù)論壇論文摘要集[C];2018年

2 羊小玉;周律;王倩;;一種用于活性染料去除的新型混凝藥劑的復(fù)配研究[A];第十三屆全國水處理化學(xué)大會暨海峽兩岸水處理化學(xué)研討會摘要集-S1物理化學(xué)法[C];2016年

3 王路;曹代勇;董業(yè)績;莫佳峰;張鶴;;湖南魯塘礦區(qū)煤成石墨的構(gòu)造——熱條件控制作用研究[A];2017中國地球科學(xué)聯(lián)合學(xué)術(shù)年會論文集（十七）——專題35：沉積盆地礦產(chǎn)資源綜合勘察、專題36：盆地動力學(xué)與能源、專題37：沉積巖系改造與能源礦產(chǎn)賦存[C];2017年

4 羅莎;周寧一;;Burkholderia sp． NCIMB 10467代謝芳烴化合物的分子生物學(xué)研究[A];第十次全國環(huán)境微生物學(xué)術(shù)研討會論文摘要集[C];2007年

5 邢力;李剛;徐偉;;冰包埋脂質(zhì)體的低溫電子顯微鏡研究[A];第七屆全國生物膜學(xué)術(shù)討論會論文摘要匯編[C];1999年

6 范其瑭;王慈慈;韓永;J.Michael Gottfried;朱俊發(fā);;表面輔助有機(jī)合成大分子結(jié)構(gòu)[A];中國化學(xué)會第29屆學(xué)術(shù)年會摘要集——第01分會：表面物理化學(xué)[C];2014年

7 唐國棟;葉鋒;陳思;王旭;;收斂法合成POSS基聚賴氨酸樹枝狀大分子[A];中國化學(xué)會第28屆學(xué)術(shù)年會第18分會場摘要集[C];2012年

8 李翰卿;樊建人;金晗輝;;不同氣氛下煤熱解過程的分子動力學(xué)模擬研究[A];第十屆全國流體力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2018年

9 佟向軍;閔光偉;馬宏寶;茹炳根;劉忠范;丁明孝;翟中和;;金屬硫蛋白及其脫金屬分子構(gòu)象變化的STM分析[A];第八次全國電子顯微學(xué)會議論文摘要集（Ⅰ）[C];1994年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 駐京記者 江世亮;迅速提升蛋白質(zhì)組結(jié)構(gòu)測定能力[N];文匯報;2001年

2 北京獸藥研究所博士 趙耘;探究分子水平病原是防制動物疫病的關(guān)鍵[N];中國畜牧水產(chǎn)報;2000年

3 南方醫(yī)科大學(xué)教授 張積仁;應(yīng)建立慢病風(fēng)險干預(yù)體系[N];健康報;2015年

4 實習(xí)記者 李衛(wèi)衛(wèi);日泰管業(yè)——地暖行業(yè)領(lǐng)跑者繼續(xù)發(fā)力[N];中國建設(shè)報;2007年

5 特約記者 顧定槐;努力為客戶創(chuàng)造最大價值[N];中國化工報;2012年

6 湖北日報全媒記者 文俊 通訊員 龍華 趙捚沖;湖北“紡紗人”領(lǐng)跑國際[N];湖北日報;2019年

7 休·荷克里（Ｈｕｇｈ Ｈｕｘｌｅｙ）;通往雙螺旋之路——ＤＮＡ五十年[N];經(jīng)濟(jì)觀察報;2003年

8 本報記者 溫維健;易染與柔軟兼顧[N];中國紡織報;2014年

9 汪飛杰;勇于開拓的獸醫(yī)學(xué)專家——才學(xué)鵬[N];農(nóng)民日報;2001年

10 見習(xí)記者　 鐘可芬 本報記者 劉正午;IT巨頭伸手醫(yī)藥[N];醫(yī)藥經(jīng)濟(jì)報;2006年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 劉雪鋒;煤中氟的遷徙演化行為及含硫大分子結(jié)構(gòu)的研究[D];華中科技大學(xué);2009年

2 李伍;鏡質(zhì)組大分子生烴結(jié)構(gòu)演化及其對能壘控制機(jī)理[D];中國礦業(yè)大學(xué);2015年

3 李明;構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)演化及成因機(jī)制[D];中國礦業(yè)大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 秦紅璐;韓城礦區(qū)煤巖顯微組分的大分子結(jié)構(gòu)研究[D];太原理工大學(xué);2019年

2 李超飛;屯蘭2#煤與壓裂液相互作用機(jī)制的實驗與分子模擬[D];太原理工大學(xué);2019年

3 李耀高;東曲2號煤大分子結(jié)構(gòu)模型及其熱反應(yīng)性研究[D];太原理工大學(xué);2019年

4 魏松濤;基于大分子結(jié)構(gòu)的放縮機(jī)構(gòu)的模塊化設(shè)計[D];北京郵電大學(xué);2018年

5 董夔;太原西山西銘8號煤大分子結(jié)構(gòu)構(gòu)建及甲烷吸附機(jī)理研究[D];太原理工大學(xué);2015年

6 趙迎亞;溫和氧化和快速溶劑萃取法研究勝利褐煤大分子結(jié)構(gòu)[D];中國礦業(yè)大學(xué);2016年

7 司加康;馬蘭8號煤大分子結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建及分子模擬[D];太原理工大學(xué);2014年

8 王森;基于HRTEM的構(gòu)造煤大分子結(jié)構(gòu)及超微孔隙特征研究[D];河南理工大學(xué);2016年

9 羅隕飛;煤的大分子結(jié)構(gòu)研究——煤中惰質(zhì)組結(jié)構(gòu)及煤中氧的賦存形態(tài)[D];煤炭科學(xué)研究總院;2002年

10 王三躍;褐煤結(jié)構(gòu)的分子動力學(xué)模擬及量子化學(xué)研究[D];太原理工大學(xué);2004年

本文編號：2702942