褐煤低溫氧化下表面活性基團變化的量子化學計算及自然發(fā)火期的預測.pdf

1、本文選取較易自燃的小龍?zhí)逗置簽檠芯繉ο螅趯ζ渥匀继匦匝芯康幕A上，從理論計算和實驗研究兩個角度得到各活性結構參與反應的難易和低溫氧化過程的變化規(guī)律，推測低溫氧化的反應機理和反應方程式，通過程序升溫實驗和化學反應前后的鍵能變化計算出低溫氧化過程的放熱強度和最短自然發(fā)火期，從而對煤自燃過程進行了系統(tǒng)地研究，對于運用自燃規(guī)律預測和防治煤炭自燃具有重要的理論和實踐意義。
　　首先，通過分析原煤的紅外光譜和XPS譜圖構建褐煤基本結構單元，

2、并對基本結構單元進行結構優(yōu)化和頻率計算。結果表明，最活潑的是與芳環(huán)相連的α碳原子，其次是脂肪鏈上甲基、亞甲基中的碳原子和與羥基或醚相連的α碳原子，最穩(wěn)定的是羰基或羧基中與氧原子相連的碳原子或氫原子；四種主要含氧官能團反應活性順序由大到小是依次：羥基、醚、羰基和羧基；煤低溫氧化的主要反應物是脂肪鏈、芳環(huán)的α碳原子、羥基和醚，主要生成物是羰基和羧基。
　　然后，通過紅外光譜和XPS譜圖分析了煤樣的活性結構在低溫氧化過程中的變化規(guī)律。結

3、果表明，煤低溫氧化過程中主要是烷烴和羥基發(fā)生反應，在低溫階段（100℃之前）醚也是反應物，它們與氧發(fā)生反應放出熱量致使煤溫升高，從而進一步加速煤氧復合，故影響煤自燃的關鍵基團是烷烴、羥基和脂醚。在100℃之前，甲基、亞甲基與碳氧單鍵作為主要反應物的反應比例約是1.5:1，羰基和羧基作為主要生成物的生成比例約是1:2。
　　最后，通過程序升溫實驗和煤氧復合反應方程式計算得到耗氧速率、CO和CO2的生成速率以及反應過程的熱效應，并結合