褐煤低溫氧化下表面活性基團(tuán)變化的量子化學(xué)計(jì)算及自然發(fā)火期的預(yù)測.pdf

1、本文選取較易自燃的小龍?zhí)逗置簽檠芯繉ο?，在對其自燃特性研究的基礎(chǔ)上，從理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究兩個(gè)角度得到各活性結(jié)構(gòu)參與反應(yīng)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(yīng)機(jī)理和反應(yīng)方程式，通過程序升溫實(shí)驗(yàn)和化學(xué)反應(yīng)前后的鍵能變化計(jì)算出低溫氧化過程的放熱強(qiáng)度和最短自然發(fā)火期，從而對煤自燃過程進(jìn)行了系統(tǒng)地研究，對于運(yùn)用自燃規(guī)律預(yù)測和防治煤炭自燃具有重要的理論和實(shí)踐意義。
　　首先，通過分析原煤的紅外光譜和XPS譜圖構(gòu)建褐煤基本結(jié)構(gòu)單元，

2、并對基本結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和頻率計(jì)算。結(jié)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(tuán)反應(yīng)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(yīng)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(jié)構(gòu)在低溫氧化過程中的變化規(guī)律。結(jié)

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(yīng)，在低溫階段（100℃之前）醚也是反應(yīng)物，它們與氧發(fā)生反應(yīng)放出熱量致使煤溫升高，從而進(jìn)一步加速煤氧復(fù)合，故影響煤自燃的關(guān)鍵基團(tuán)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(yīng)物的反應(yīng)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(shí)驗(yàn)和煤氧復(fù)合反應(yīng)方程式計(jì)算得到耗氧速率、CO和CO2的生成速率以及反應(yīng)過程的熱效應(yīng)，并結(jié)合