基于量子化学的准东五彩湾煤分子结构模型构建与特征分析

• Published in: 煤炭学报 Vol. 47; no. 12; pp. 4504 - 4516
• Main Authors: 柴双奇, 曾强
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 新疆大学绿洲生态教育部重点实验室,新疆乌鲁木齐 830046 2022; 新疆大学资源与环境科学学院,新疆乌鲁木齐 830046; 新疆大学干旱生态环境研究所,新疆乌鲁木齐 830046
• Subjects: 结构表征; 量子化学; 分子模型; 氧化燃烧特征; 准东煤田
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2021.1706

TQ531; 以准东矿区五彩湾煤样为研究对象,利用计算机辅助软件Chemdraw,Chem3D,Materi-als Studio等,根据实验数据提取煤微观结构参数表征信息,初步构建准东五彩湾煤分子模型,并通过优化使其能量最小化,得到稳定的准东五彩湾煤三维模型.在20～800℃(即20,100,200,300,400,500,600,700,800℃)对煤样加热,进而对煤样开展工业分析及元素分析、X射线光电子能谱、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、核磁共振碳谱等测试与实验,分析其宏、微观特征变化.结果表明:准东五彩湾煤结构以芳香碳为主,脂肪碳以支链形式或者链接芳香环存在,分子结构中烷烃侧链长度较长;煤样中氧的主要赋存形态是醚氧基(C—O),存在吡咯型氮及吡啶型氮,以吡咯型氮(N-5)为主;硫以砜型硫为主,苯环以三、四取代为主;获得准东五彩湾煤分子式C206H128O36N2,构建其平面模型.经过结构几何优化及退火模拟优化后,模型中芳香片层趋于定向,以范德华能占比大而保持结构稳定性.低温阶段(20～300℃),煤中C主要以C—C,C—H形态参与反应,生成少量以C—OH,C—O—C赋存形态的C及一些以C=O,COOH赋存形态的C,氧化生成苯环三取代以及苯环四取代的物质,还有CH3对称弯曲振动、羟基醚氧官能团等官能团的形成;中温阶段(300～600℃),氧化反应生成少量COOH赋存形态的C,生成苯环三取代以及苯环四取代的物质、形成对称的CH3—Ar、R、共轭C=O振动等官能团及羟基环状多聚体、自缔合羟基氢键官能团;高温阶段(600～800℃),氧化燃烧生成少量C—OH,C—O—C,苯环二取代物质、形成灰分、不饱和羧酸C=O振动及自缔合羟基氢键等官能团.