两种低阶烟煤溶胀特性和分子量研究

摘要

目前，煤炭在我国的能源结构中占有很大的比例，由此，煤炭的清洁利用尤为重要。煤炭清洁利用的途径很多，包括煤液化、煤气化、多联产技术等，而充分地了解煤的结构信息是煤炭高效利用的基础。高分子物理中的溶胀平衡法和稀溶液粘度法常常被用来研究煤的结构。
　　 本文选取了两种低变质程度烟煤，编号710和712。对712原煤进行了酸洗，脱除了矿物质，分析了矿物质对煤溶胀率的影响，接着考察了不同溶剂、溶剂的碱性、溶剂的溶解度参数、金属无机盐、预处理、氧化等对710原煤、712原煤、712洗煤溶胀率的影响，并进一步用红外光谱对比分析了煤的结构。结果表明:脱除煤中的矿物质后，煤的溶胀率增大;煤在极性溶剂中的溶胀率远比在非极性溶剂中的溶胀率大，在混合溶剂中的溶胀率比在单一溶剂中的溶胀率大;煤在碱性不同的溶剂中的溶胀率不同;煤在溶解度参数不同的溶剂中的溶胀率不同，溶剂与煤的溶解度参数越接近，煤在该种溶剂中的溶胀率越大;煤中的水分减少会导致溶胀率降低，对煤进行酸洗、碱洗、预溶胀，溶胀率增大;氧化降低了煤的交联密度，溶胀率增大。
　　 对原煤、氧化煤、溶胀煤进行红外光谱分析表明:两种原煤的大分子结构类似;与原煤相比，氧化增加了煤中的羟基和含氧官能团的数量，降低了脂肪族和芳香族的数量;与原煤相比，溶胀煤的主体结构没有改变，只是变得疏松，金属无机盐不同程度地促进了煤的溶胀。
　　 对两种原煤在THN、吡啶溶剂中的溶胀行为进行了动力学分析，发现:它们的溶胀都符合一级动力学方程;随着温度的升高，溶胀速率逐渐增大;n值都不大于0.3;活化能都在20kJ·mol-1以内，并且两种煤在THN中的活化能比在吡啶中的活化能大，710煤在同种溶剂中的活化能比712大。
　　 最后采用稀溶液粘度法对煤中小分子化合物的分子量进行了测定，发现:这两种低阶烟煤中小分子化合物的粘均分子量大约3-5万左右，这只是一个相对的值，有待于进一步研究。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 文献综述

1．1 研究背景

1．2 煤结构的研究方法和煤中的小分子化合物

1．2．1 煤结构的研究方法

1．2．2 煤中的小分子化合物

1．3 煤的溶胀

1．3．1 溶胀概念及机理

1．3．2 溶胀法测定煤的大分子交联键密度

1．3．3 煤溶胀的影响因素

1．3．4 溶胀动力学

1．3．5 溶胀技术的应用

1．4 粘度

1．4．1 粘度的定义及相关概念

1．4．2 一点法计算高聚物的粘均分子量

1．4．3 高聚物粘均分子量的影响因素

1．4．4 粘度法在高聚物中的应用

1．5 溶剂抽提

1．6 研究目的和研究内容

1．6．1 研究目的和研究对象

1．6．2 主要研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验原料

2．1．1 实验煤样

2．1．2 实验试剂

2．2 实验仪器

2．3 实验原理

2．3．1 溶胀率的测定原理

2．3．2 实验煤样大分子交联密度的测定原理

2．3．3 粘均分子量的测定原理

2．4 实验内容

2．4．1 实验煤样的制备

2．4．2 影响溶胀率的几种因素实验

2．4．3 溶胀动力学

2．4．4 溶胀煤样的干燥和保存

2．4．5 小分子化合物的粘均分子量的测定

2．4．6 煤样的表征

2．5 实验方法

2．5．1 煤大分子交联密度的计算

2．5．2 溶胀率的测定

2．5．3 粘均分子量的测定

第三章 两种煤样的溶胀行为

3．1 溶剂对煤溶胀率的影晌

3．2 矿物质对煤溶胀率的影响

3．3 溶剂碱性对煤溶胀率的影响

3．4 溶解度参数对煤溶胀率的影响

3．5 金属无机盐对煤溶胀率的影响

3．6 预处理对煤溶胀率的影响

3．7 氧化对煤溶胀率的影响

3．7．1 氧化煤和原煤在吡啶中的溶胀情况

3．7．2 氧化对溶剂抽提的影响

3．7．3 煤样的大分子交联键密度

3．8 表征

3．8．1 两种原煤的红外光谱分析

3．8．2 原煤和氧化煤的红外光谱分析

3．8．3 金属无机盐溶胀煤的红外光谱分析

3．9 小结

第四章 两种煤样的溶胀动力学

4．1 煤颗粒的溶胀特征

4．2 煤的溶胀动力学

4．2．1 710煤的溶胀动力学

4．2．2 712煤的溶胀动力学

4．3 本章小结

第五章 小分子化合物的粘均分子量

5．1 引言

5．2 710煤中小分子化合物的粘均分子量

5．3 712煤中小分子化合物的粘均分子量

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论与创新点

6．1．1 主要结论

6．1．2 本论文的创新点

6．2 建议

参考文献

致谢

硕士期间发表的论文