煤分子活性基團低溫氧化過程研究.pdf

1、我國煤炭資源十分豐富，但煤層自燃導致大量礦產資源的浪費，煤自燃引起的礦井火災，不僅給國家?guī)砗艽蟮慕洕敭a損失，還直接威脅著井下工作人員的安全。為了確保煤礦生產的安全進行，加強煤自燃機理的研究就顯得尤為重要。 近年來，各國學者對煤自燃微觀機理進行研究，但由于現場影響因素多及煤結構的復雜性，對于煤自燃的反應過程始終沒有一個確定的結論。許多國內外學者從不同角度對煤自燃機理進行研究，大多都是在實驗的基礎上對煤自燃的宏觀規(guī)律和現象進行研

2、究，對煤自燃微觀反應機理的研究較少。隨著量子化學和計算機技術的發(fā)展，量子化學理論計算越來越多的應用于實驗學科，為解決現場實際問題提供理論基礎。 本課題根據煤分子活性結構的研究結果，運用Gaussian-03W量子化學分析軟件模擬計算煤分子表面活性基團低溫氧化反應過程，探索了主要反應路徑及反應放熱性，分析計算出煤表面活性基團低溫氧化反應過程的能量變化和化學動力學參數，研究確定控制煤低溫氧化的主要活性基團和關鍵環(huán)節(jié)，分析得出煤自燃分

3、子動力學相關參數，計算采用密度泛函方法DFT-B3LYP，基組選取6-31G，通過模擬從煤分子中活性基團的氧化活潑性和放熱性兩個方面探討了煤的自燃性，總結出煤分子的熱效應及活性基團的氧化活潑性排序；找到煤大分子斷裂后形成的中間產物，即生成一氧化碳和二氧化碳氣體的主要物質，運用典型煤樣和模型化合物的紅外光譜實驗對煤樣氧化反應前后結構特征分別進行實驗分析和驗證、發(fā)展了煤分子氧化過程模擬，總結影響長焰煤、焦煤、瘦煤和無煙煤自燃的主要基團。從方