山西高硫气肥煤结构表征与分子模型构建

摘要

气肥煤是炼焦煤的主要煤种之一,研究高硫气肥煤的结构并构建分子结构单元模型,对气肥煤脱硫提质,优化炼焦配煤,节约优质炼焦煤资源具有重要意义.选择山西高阳矿区高硫气肥煤,利用FT IR,13 C CP/MAS-NMR,XPS等测试分析方法表征煤中碳、氧、氮、硫赋存特征,结合煤质分析结果,计算芳香结构、脂肪结构和杂原子结构参数,并构建高阳高硫气肥煤分子结构单元模型.研究结果表明:与芳环上π电子形成的羟基 π氢键是高阳高硫气肥煤最主要的羟基结构,占比为73.20％,羟基自缔合氢键、醚氧键与羟基形成的氢键含量较高,占羟基总量的24.38％,游离羟基含量仅占2.42％,煤中缔合结构以多聚体形式为主.含氧官能团主要以共轭羰基和酚羟基的形式存在,芳基醚和羧基含量较少.亚甲基是最主要的脂肪烃结构,占比为41.85％,甲基、次甲基占比分别为29.86和28.29％.芳香烃结构主要有苯环五取代、苯环三取代和苯环四取代三种形式,占比分别为41.42％,30.65％ 和19.82％.芳氢率和芳碳率分别为0.34～0.35和0.73～0.77,芳核平均结构尺寸Xb为0.43.煤中噻吩、(亚)砜、硫醇(醚)和无机硫含量分别35.90％,27.61％,18.40％ 和18.09％.氮主要以吡啶和吡咯结构存在,质子化吡啶和氮氧化物较少.通过对煤结构的表征,设计分子结构单元中有芳香烃碳原子118个,羧基和羰基共5个,脂肪烃碳原子35个,氧、硫、氮原子各8、2、2个;根据煤中杂原子结构解析结果,确定分子结构模型单元中包含噻吩、亚砜、吡啶、吡咯、酚羟基、醚氧键等官能团.以此研究为基础构建分子式为C165 H128 O8 N2 S2的高阳高硫气肥煤分子结构单元模型.