【摘要】：煤炭作為我國主要的能源和化工原料,其利用和污染問題尤為突出。煤的高效、潔凈轉(zhuǎn)化利用是控制和減輕利用過程中資源浪費和環(huán)境污染的重要途徑,煤微觀結(jié)構(gòu)的差異導(dǎo)致不同煤種的開采、利用有著較大的差異,在煤的微觀結(jié)構(gòu)中含氧官能團(tuán)扮演著重要的角色。因此研究煤轉(zhuǎn)化和燃燒利用過程中含氧官能團(tuán)的演化規(guī)律對揭示煤熱解氧化機(jī)理有著重要意義。本文主要基于煤分子結(jié)構(gòu)官能團(tuán)模型和FG-DVC模型,利用FTIR和TG-FTIR技術(shù)將煤熱反應(yīng)過程中微觀結(jié)構(gòu)變化和宏觀產(chǎn)物特性相結(jié)合研究了在煤熱解和氧化過程中含氧官能團(tuán)的演化規(guī)律,以及含氧官能團(tuán)對煤熱反應(yīng)的影響和發(fā)生的基團(tuán)反應(yīng)。首先基于FTIR表征手段,利用分峰擬合的方法依據(jù)Lamber-Beer定律研究了褐煤、煙煤、貧煤三種不同變質(zhì)程度煤中含氧官能團(tuán)的分布規(guī)律,研究發(fā)現(xiàn)含氧官能團(tuán)的賦存狀態(tài)以及含量分布隨著煤階的提升種類減少且含量降低,通過比較不同煤種的結(jié)構(gòu)參數(shù)可以發(fā)現(xiàn)煤化過程是個脫氧、聚碳、去氫的過程。其次研究了在熱解和氧化過程煤中含氧官能團(tuán)的含量變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)主要含氧官能團(tuán)的穩(wěn)定性由強(qiáng)到弱:C-OC=O-OHCOOH,在500℃以上除少量羥基存在其余有機(jī)含氧官能團(tuán)接近完全轉(zhuǎn)化。另外在煤熱反應(yīng)過程中C=O和COOH會作為過渡態(tài)中間產(chǎn)物而出現(xiàn)短暫增多,該現(xiàn)象在氧化過程中更為明顯。最后利用TG-FTIR研究了煤熱解氧化過程中含氧氣體的釋放規(guī)律,結(jié)合微觀含氧官能團(tuán)的演化規(guī)律推斷出煤熱反應(yīng)過程中發(fā)生的基團(tuán)反應(yīng)。結(jié)果表明:CO_2、H_2O以及CO的釋放特性可以較好地解釋COOH、OH、以及C=O的演化規(guī)律。并利用TG積分法和DSC熱流法分別分段計算了煤熱反應(yīng)的特征溫度和動力學(xué)參數(shù),結(jié)果發(fā)現(xiàn)含氧官能團(tuán)主要影響煤熱反應(yīng)的低溫段,由于含氧官能團(tuán)活性較強(qiáng)且反應(yīng)過程中釋放熱量因此低階煤熱解氧化對應(yīng)特征溫度和活化能均低于高階煤。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ530.2
【圖文】：

圖 1.4 典型煙煤的熱解過程煤的熱解過程微觀層面上是自由基過程，是由結(jié)構(gòu)內(nèi)弱鍵斷裂所致[24]。具體包下幾個步驟：低溫下鍵能較小的弱鍵斷裂，形成最初的自由基片段；隨后部分脂側(cè)鏈和含氧官能團(tuán)脫落，析出氣相產(chǎn)物；某些氫化芳香結(jié)構(gòu)發(fā)生脫氫反應(yīng)；次甲分子和脂環(huán)相繼斷裂[25]。煤結(jié)構(gòu)高度復(fù)雜，產(chǎn)物不均一，因此清晰描述煤的熱解一直很困難。近百年來，人們通過將煤熱解過程抽象化與數(shù)學(xué)化，并建立物理化

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文主要包括：官能團(tuán)解聚、蒸發(fā)和交聯(lián)（FG-DVC）模型[29]、FLASHCHAIN 模型和化學(xué)參透脫揮發(fā)分（CPD）模型[30]；其中 FG-DVC 模型適用性廣，通用性強(qiáng)，作為研究煤熱解機(jī)理的新型模型得到廣泛應(yīng)用。FG-DVC 模 型 ： FG-DVC （ Functional Group Depolymerization VaporizationCrosslinking），該模型由 Solomon[10]提出，是具有代表性的一種基于煤結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)模型，是建立在對煤結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上。該模型主要由 FG 和 DVC 兩個子模型組成，前者認(rèn)為煤中的官能團(tuán)熱解過程分解生成氣體釋放，而后者主要是通過橋鍵斷裂、交聯(lián)和焦油來描述煤分子網(wǎng)絡(luò)的解聚。

尤其是在未知物（無機(jī)物，有機(jī)物，高分子材料，塑料，橡膠等定量分析，表面和界面研究，反應(yīng)動力學(xué)和催化機(jī)理研究，高聚物分子絡(luò)合物和金屬有機(jī)物的遠(yuǎn)紅外分析有突出作用。傅里葉紅外分析法作為的技術(shù)手段已經(jīng)被很多學(xué)者應(yīng)用于煤中微觀結(jié)構(gòu)及官能團(tuán)的研究，并被是切實可行且有效的。本原理葉顯微紅外光譜儀（FTIR）的基本工作原理是基于光的相干性原理，使紅外光源照射紅外樣品，部分波長的光被樣品吸收而沒被吸收的光到達(dá)模數(shù)變換，然后再進(jìn)行傅里葉變換，便得到樣品的單光束光譜[53]。FTIR意圖如下：

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2756651