褐煤結(jié)構(gòu)與模型化合物的構(gòu)建及其持水性能的研究.pdf

1、褐煤是儲量豐富的低品質(zhì)煤，含水量高是影響褐煤提質(zhì)利用的一個重要因素，褐煤高含水的原因在于其含氧官能團的多樣性和孔結(jié)構(gòu)的復雜性。本論文以勝利褐煤為研究對象，首先構(gòu)建和優(yōu)化了褐煤的結(jié)構(gòu)模型，并以褐煤結(jié)構(gòu)模型為基礎(chǔ)，選取模型化合物，模擬褐煤的持水性能，從實驗研究與理論計算兩方面得出含氧官能團和孔徑對褐煤持水性能的影響規(guī)律。得出的主要結(jié)論如下：
　　（1）褐煤結(jié)構(gòu)中含有大量的芳香族化合物，推測氧橋鍵、-S-S-作為褐煤的交聯(lián)結(jié)構(gòu)存在，雜環(huán)

2、化合物主要有呋喃、吲哚、喹啉和茚等，褐煤中的含氧官能團主要為羥基、羧基、羰基和醚類。構(gòu)建的褐煤結(jié)構(gòu)模型分子式C169H140O44N3S2，結(jié)構(gòu)計算紅外譜圖與實驗譜圖吻合度較高。
　?。?）選取44種不同的模型化合物探究取代基效應對含氧官能團持水性能的影響，選取氧化石墨烯結(jié)構(gòu)模型模擬復雜體系下結(jié)構(gòu)與持水性能的關(guān)系。結(jié)果表明，隨著取代基的遠離，取代基對結(jié)合能的影響越來越小。取代基對化合物與水的結(jié)合能影響大小順序是-COOH>-OCH

3、3>-OH>-CH3>-C6H6。化合物體系中的給電子基能降低化合物與水的結(jié)合能，吸電子基能夠增加化合物與水的結(jié)合能，而取代基數(shù)量的增加并不是影響結(jié)合能的主要因素。氧化石墨烯模型中含氧官能團與水結(jié)合能的大小順序是羧基>邊緣酚羥基>層內(nèi)酚羥基>環(huán)氧基。隨著模型化合物上的水分子數(shù)的增加，單個水分子所受到模型化合物的相互作用能EC會明顯降低。
　?。?）研究了不同官能團含量的氧化石墨和氧化石墨烯的持水性能。結(jié)果顯示，含氧官能團含量隨著氧

4、化劑添加量的增加而發(fā)生不同變化，羧基增加量較酚羥基明顯。實驗制備出了大量的氧化石墨烯固體，厚度在0.6nm～1.6nm之間。氧化石墨和氧化石墨烯的持水性能隨著含氧官能團含量的增加而增強。平衡復吸水含量與羧基含量有明顯正相關(guān)性，而羥基含量的變化對化合物持水性能的影響較小。
　?。?）以碳納米管作為模型化合物研究孔徑對持水性能的影響。結(jié)果表明，實驗成功的在管壁引入了不同含量的羧基、羥基等含氧官能團。氧化碳納米管復吸性能大大增加，豐富的