煤的结构研究
3.煤中有机质的结构
红外光谱法
常见的化学基团在4000-650cm-1（2.5-15.4µm）的中红外区 有特征基团频率，因此是最感兴趣的区域。在实际应用时，为 便于解析，常将此波数范围分为四个区域：
1. X-H伸缩振动区，4000-2500cm-1。X可以是O、N、C和S原 子。主要包括O-H、N-H、C-H和S-H键的伸缩振动。
550oC
92
90
150 300 450 600 750 900 Temperature (oC)
0.00
-0.01 -0.02 -0.03
750oC 650oC 550oC
150 300 450 600 750 900 Temperature (oC)
不同热解温度时平朔煤在CH4-CO2气氛下热解半焦的热重分析
Tansmittance (a.u.)
PS char PS coal
3200 2400 1600 Wavenumber (cm-1) LW c har LW coal
3200 2400 1600 Wavenumber (cm-1)
800 800
Tansmittance (a.u.)
Tansmittance (a.u.)
9
红外光谱法
红外光谱图解析 在红外区域出现的分子振动光谱，其吸收峰的位置和强度取决 于分子中各基团的振动形式和相邻基团的影响。因此只要掌握 了各种基团的振动频率，即吸收峰的位置，及吸收峰位置移动 的规律，即位移规律，就可以进行光谱解析。从而确定试样中 存在哪些化合物或官能团。在一定条件下，还可对这些化合物 或官能团的含量进行定量分析。
5
X射线衍射法
同一种煤的不同显微组分在 结构上的差异，也在X射线 图谱上有所反映。惰质组的 衍射谱线与无烟煤最接近， 有4条明显的谱带；镜质组 的可见谱带只有3个，壳质 组更不明显。
煤的化学成分与分子结构分析
第二章 式中 — —分析煤样的重量， !— "； — —分析煤样干燥后的重量， !# — "。
煤的化学成分与分子结构分析
分析煤样水分测定的具体方法、 步骤和要求详见国家标准 !$ %#%—&&。 ’ ( 最高内在水分的测定。 最高内在水分是指煤中小毛细管吸附和凝聚的水达到饱和时的水分， 用 )*+ 表示。 最高内在水分值可用于计算煤的恒湿无灰基发热量， 而恒湿无灰基发热量是在煤的分类 中区分褐煤与烟煤的一个分类指标。 最高内在水分的测定方法是： 将在温度为 ’,- 、 相对湿度为 ./0 的条件下达到湿度 平衡的煤样置于 #,1 2 ##,- 的烘箱内烘干， 然后按下式 （ % 3 ’） 计算测定结果： )*+ 4 式中 ! 3 !# 5 #,,0 ! （% 3 ’）
图.3%3#
煤的内在水分与煤化程度的关系
由图 . 3 % 3 # 可见， 随着煤化程度的增高， 煤中内在水分含量不断减少， 到无烟煤时 略有上升。这是由于煤的内表面积随煤化程度增高而减少， 因此， 吸附水分也逐渐减少； 另外， 由于年青煤中有较多的亲水基团， 如羧基、 酚羟基等， 随煤化程度增高， 这些基团也 ・ #%&. ・
— —煤样达到湿度平衡后的重量， !— "； — —煤样干燥后的重量， !# — "。
三、 煤中水分与煤质的关系
煤中水分的含量变化范围很大， 其中内在水分是吸附在煤的小毛细管中的水分， 因 此它的变化规律与煤的内部表面积有关。煤的内在水分含量反映了煤的内部结构， 所以 煤的内在水分在固定的温度和湿度下与煤化程度有一定关系， 其变化规律如图 . 3 % 结构分析
外在水分是指将煤长时间暴露在空气中， 使其自然风干后因蒸发作用而失去的水 分。它包括附着在煤粒表面的水分和煤的较大孔隙中的水分， 用符号 ! " 表示。 # $ 内在水分 内在水分是指煤经自然风干后仍保留在煤中的水分。它包括存在于煤的较小孔隙 中的水分以及少量以单分子层的形态吸附在大小孔隙管壁上的水分， 用符号 ! %&’ 表示。 用自然风干的方法可将煤中的水分分为外在水分和内在水分， 其原因是煤的毛细管 中的水分具有不同的蒸气压。较大毛细管中的水分具有正常的蒸气压， 而较小毛细管中 水的蒸气压小于正常蒸气压， 且具有随毛细管直径的减小而减小的规律。我们知道， 只 有当水的蒸气压大于空气中水蒸气的分压时， 水才会蒸发。将煤暴露在空气中时， 附着 在煤粒表面和存在于煤粒较大孔隙中的水分因其蒸气压大于空气中水蒸气的分压， 所以 就蒸发逸出， 形成外在水分； 而煤中较小毛细管中水分的蒸气压低于空气中水蒸气的分 压， 因而不能蒸发逸出， 仍留在煤中形成内在水分。 对于同一种煤来说， 外在水分与内在水分并没有固定的分界线， 这是因为它们的分 界线取决于空气中的水蒸气分压。当空气湿度不同时， 空气中的水蒸气分压就不相同。 所以当空湿度不同时， 即使是同一种煤， 其外在水分与内在水分的值也是不同的。空气 湿度大时， 蒸发量小， 外在水分减小， 内在水分增大； 空气湿度变小时， 蒸发量增大， 使外 在水分值随之增大， 而内在水分值减小。 ( $ 结晶水 煤中的水分除了外在水分和内在水分之外， 还有少量以化学方式结合的水， 即结晶 水或叫化合水。它是煤牛的某些矿物质所含的 结 晶 水， 如 石 膏 )*+,-・#.# ,、 高岭土 而且目前煤的工业分析方法又 /0# ,(・#+%,#・#.# , 中的结晶水等。因结晶水含量很少， 不能测定这部分水分， 所以在煤的工业分析中不考虑这部分水分。
煤分子结构研究进展
成结构。评述 了国内外对煤分子结构 的研究方法 ， 着重综 述 了国 内外对煤 分子结构的无分 离研究 、 非破坏 可分 离的 溶剂萃取研究及分析仪器在鉴定煤 分子结构 中的应用 。 关键词 煤分子结构 无分离 溶 剂萃取 研究进展
Ｐｒ ｇ ｅ ｓｉ ａ ｏｅ ｕａ ｔ ｕ ｔ ｒ ｏ ｒ ｓ ｎ Ｃｏ ｌＭ ｌｃ ｌ ｒ Ｓ ｒ ｃｕ ｅ
ｔ ｅ ａ ａｙ ｉ ｕ ｉ ｇ ｅ ￣ ｅ ｎ ｙ ｓ ｌ ｅ ｔａ ｄ ｔ ｅ ｉ ｅ ｔ ｃ ｔ ｎ ｏ ｏ ｌ ｌｃ ｌ ｔ ｃ ｒ ｙ ａ ａｙ ｉａ ｓ ｕ ｎ ｓ ｉ ｌ ｓｓ ｓｎ ｘ ａ ｔ ｇ ｂ ｏｖ ｎ ｄ ｎ ｉ ａ ｏ ｆｃ ａ ｅ ｕ ａ ｓ ｕ ｔ ｅ ｂ ｌ ｔ ｌ ｉ ｔ ｍｅ ｔ ｖ ｎ ｉ ｎ ｈ ｉ ｆ ｉ ｍｏ ｒ ｒ ｕ ｎ ｃ ｎ ｒ ｗａ ｅ ｈ ｔ ａｌ ｉｃ ｓ ｅ ． ｍｐ ａｉｌ ｙ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｃ Ｋｅ ｗｏ ｄ ｃ ａ ｌ ｃ ｌ ｔｕ ｔ ｒ ｎ ｎ — ｓ ｐ ｒｂ ｅ ｅ ｔ ｃ ｅ ｙ ｓ ｌｅ ｔ ｒ ｓ ａｃ ｒ ｇ ｅ ｓ ｙ ｒ ｓ ｏ ｍｏ ｅ ｕ ａ ｓ ｃ ｕ ｅ ｌ ｒ ｒ ｏ － ｅ ａ ａ ｌ ｘ ｒ ｔｄ ｂ ｏ ｖ ｎ ｅ ｒ ｈ ｐ ｏ ｒ ｓ ａ ｅ
第２ ５卷第 １ 期
２１ ０ １年 １月
化 工时 干 Ｊ Ｉ
Ｃｈ ｍ ｉａ ｎ ｕ ｔｙ Ｔｍ ｅ ｅ ｃ ｌ ｄ ｓ ｒ ｉ ｓ Ｉ
Ｖｏ ． ５， ． １ ２ Ｎｏ １ Ｊｎ １２ １ ａ ． ． ０１
ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｊｉ ｎ １ ０ ｌ ４ ２ １ ． １０ ５ ｏ：０ ３ ６ ／．ｓ ． ０ ２一 ５ Ｘ． ０ １ ０ ． １ ｓ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｕ ｌ ａ ｏ ｔｔ ｓ ｏ ｏ ｌ ｗ ｒ ｎｒ ｄ ｃ ｄ ｓ ｒ ｃ ｈ ｔ ｉ ｔ ｎ ｓ ｕ ｆｃ ａ ｅ ｅ ｉ ｔ ｕ ｅ ．Ｔ ｅ ｋ ｙ ｉｓ ｅ ｒ ｓ ａｎ ｎ ｆ ｅ ｅ ｔｕ ｉ ｚ ｔ ｎ ｏ ｏ ｉ ｚ ｉ ａ ｏ ｈ ｅ ｓｕ ｅ ｔ ｉ ｉ ｇ ｅｆ ｉｎ ｔ ｉａ ｉ ｆｃ Ｍｓ ｒ ｉ ｌ ｏ ｗ ｓｌｃ ｆ ｎ ｅｓａ ｄｎ ｆｔ ｅ ｃ ｍｐ ｓ ｉｎ ｎ ｔｕ ｔ ｒ ｓ ｏ ｒ ａ ｉ ｍａ ｒ ｍｏｅ ｕ ａ ｏ ｏ ｎ ｎ ｓ ｉ ｏ １ ａ ａ ｋ ｏ ｄ ｒｔｎ ｉ ｇ ｏ ｏ ｏ ｉ ｏ ｓａ ｄ ｓｒ ｃｕ ｅ ｆｏ ｇ ｎ ｃ ｕ ｈ ｔ ｃ ｏ ｌｃ ｌｒ ｃ ｍｐ ｅ ｔ ｎ ｃ ａ ．Ａ ｔ ｄ ｓｕ ｙ
煤炭的分子结构
煤炭的分子结构煤炭是一种由有机物质形成的矿石，主要成分为碳、氢、氧、氮、硫和少量的其他元素。
它的分子结构主要由碳原子构成，形成了独特的晶体结构。
煤炭的分子结构可以分为两个层面来看待：宏观结构和微观结构。
从宏观结构来看，煤炭可以分为三大类：无烟煤、烟煤和褐煤。
无烟煤是最纯净的煤种，其分子结构中的碳原子数最多，同时含有较少的杂质。
烟煤的分子结构中的碳原子数较少，含有较多的杂质。
褐煤的分子结构中的碳原子数最少，含有较多的水分。
从微观结构来看，煤炭的分子结构非常复杂。
煤炭中的碳原子通过共价键相互连接，形成了链状、环状和三维结构。
其中，链状结构是最常见的一种结构形式，碳原子通过共价键连接成长链或短链。
环状结构由碳原子构成的环组成，环的大小和形状不同，也会影响煤炭的性质。
三维结构由碳原子构成的网状结构组成，具有更高的稳定性和坚固度。
在煤炭的分子结构中，碳原子之间还可能存在着其他元素的杂质。
这些杂质可以是氢、氧、氮和硫等元素。
其中，氢原子和碳原子通过共价键连接，形成了一些有机基团，如烷基、烯基和芳香基等。
氧原子和碳原子之间可以形成羟基、醚基和酮基等。
氮原子和碳原子之间可以形成胺基和吡啶基等。
硫原子和碳原子之间可以形成硫醚基和硫酚基等。
这些有机基团和其他元素的存在，使得煤炭具有了很多特殊的性质。
煤炭的分子结构对其物理和化学性质具有重要影响。
煤炭中的链状结构和环状结构影响着煤炭的燃烧特性，如燃烧速率和热值等。
煤炭中的有机基团和其他元素的存在，使得煤炭具有一些特殊的性质，如吸附性、还原性和催化性等。
煤炭的分子结构也影响着煤炭的利用方式，不同结构的煤炭适用于不同的工业和生活领域。
煤炭的分子结构是一种复杂而多变的结构，由碳原子构成的链状、环状和三维结构对煤炭的性质和用途有着重要影响。
煤炭中的有机基团和其他元素的存在，使得煤炭具有了丰富的特性和用途。
研究煤炭的分子结构不仅有助于深入了解煤炭的本质，还能为煤炭的有效利用和环境保护提供科学依据。
煤的结构模型
煤的结构模型
1. 研究煤的结构模型的意义
2. 构建煤的结构模型的方法
2.1 X射线衍射
2.2 核磁共振
2.3 拉曼光谱
3. 煤的结构模型的分类
3.1 饱和烷基链结构
3.2 芳香环结构
3.3 烷基侧链结构
3.4 活性官能团结构
4. 煤的结构模型与性质的关系
4.1 煤的燃烧特性
4.2 煤的热解特性
4.3 煤的气化特性
4.4 煤的焦化特性
5. 煤的结构模型的应用
5.1 煤的利用价值评估
5.2 煤的改质技术的发展
5.3 煤的燃烧和减排技术的研究
结论
随着煤炭资源的不断开发利用，煤的结构模型的研究变得越来越重要。
通过研究煤的结构模型，可以深入了解煤的组成和性质，有助于提高煤的利用效率，减少环境污染。
未来，随着科学技术的不断进步，煤的结构模型研究也将得到更深入的发展和应用。
第四章煤的有机质的结构
第四章煤的有机质的结构第四章煤的有机质的结构对煤的分子结构研究一直是煤化学的中心五环节，受到了广泛的重视，但是，由于煤炭组成的复杂多样性和不均一性，所以难于分离简单的物质进行结构和性质的研究分析，如利用溶剂法处理煤，仍得不到满意的结果，其主要原因是无法找到一种完全溶解煤的溶剂，而溶于溶剂只有煤中的一小部分，经抽提出来的的仍然是一个复杂的混合物。
不溶物的相对分子质量抽出物更大化学结构仍是很复杂、所以，无法用抽提的方法来观察煤结构的真相，然而，要合理利用煤炭，测定煤的结构是十分重要的。
目前煤结构的研究方法有三种方法：物理研究法，如红外光谱。
物理化学研究方法，如溶剂抽提和吸附能研究等；化学研究方法，如氧化分析法。
长期以来，对煤的结构研究，始终未能获得突破性的结论，只是根据实验结果分析推测，提出若干煤种的结构模型——化学结构模型和物理结构模型，近年来，对煤的结构研究到得了一定进展。
一般采用煤的镜质组作为研究对象，其原因是镜质组在成煤过程中变化比较均匀以及矿物质含量低。
第一节能煤结构单元核心部分的结构一、煤的基本结构单元煤是以有机体为主，并具有不同的相对分子质量、不同的化学结构的一组“相似化合物”的混合物。
它不像一般的聚合物，是由相同的化学结构的单体聚合而成的。
因此，构成煤的大分子聚合物的“相似化合物”被称作基本结构单元，也就是说，煤是许许多多的基本结构单元组合而成的大分子结构。
基本结构单元包括规则部分和不规则部分。
规则部分为结构单元的核心部分。
由几个或十几个苯环、脂环、氢化芳环及杂环所组成。
随着煤化程度的增大，苯环逐渐增多。
二、煤的结构参数由于不能准确表示煤的基本结构单元，为了描述煤的基本结构单元的情况，常采用四个“结构参数”如芳碳率、芳氢率、芳环率、环缩合指数等加以说明（1）芳碳率指煤的基本单元中，属于芳香族的碳原子数与总的碳原子数之比。
（2）芳氢率属于芳香族结构的氢原子数与总的氢原子数之比。
（3）芳环率芳香环数与总环数之比。
不同煤体结构煤的孔隙结构分形特征及其研究意义
深度研究报告：不同煤体结构煤的孔隙结构分形特征及其研究意义1. 研究目标本次研究旨在探究不同煤体结构的煤样中的孔隙结构分形特征，并分析其对煤体物理性质和工程应用的影响。
具体目标如下： - 分析不同煤体结构的孔隙结构特点；- 确定各种类型孔隙在不同类型煤中的分布特征； - 探讨孔隙结构分形特征与煤体物理性质之间的关系； - 提出针对不同孔隙结构的优化开采和利用方法。
2. 方法2.1 样品采集与制备从不同地质条件下采集具有代表性的不同类型（如无烟煤、焦化煤、褐煤等）的煤样。
将采集到的样品进行预处理，包括去除杂质、粉碎成合适粒度等。
2.2 孔隙结构表征选取合适的方法对样品中的孔隙结构进行表征，常用方法包括： - 红外光谱分析：通过红外光谱仪对煤样进行扫描，分析不同结构孔隙的红外吸收特征。
- 气体吸附法：利用比表面积仪、孔径分析仪等设备，测定煤样的比表面积、孔径分布等参数。
- 压汞法：利用压汞仪测定煤样的总孔隙体积、微孔和介孔的体积等。
2.3 分形分析采用分形理论对煤样中的孔隙结构进行分析，常用方法包括： - 盒计数法：根据盒计数法原理，通过对图像或数据进行盒子划分和统计，计算得到煤样中不同尺度下的盒数-边长关系曲线，并求取其斜率作为分形维数。
- 自相似法：通过对图像或数据进行幂律拟合，获得自相似维数和Hurst指数等参数。
2.4 数据处理与统计将实验获得的数据进行整理和处理，并运用适当的统计方法（如相关性分析、方差分析等）对结果进行验证和解释。
3. 发现3.1 孔隙结构特点通过对不同类型煤样的孔隙结构表征和分形分析，发现以下特点： - 不同类型煤样的孔隙结构存在明显差异，无烟煤中多为均匀排列的小孔隙，焦化煤中含有较多的微孔和介孔，褐煤中常见大孔隙和裂缝。
- 煤样中的孔隙结构具有分形特征，表现为自相似性和尺度效应。
不同类型煤样的分形维数存在差异。
3.2 孔隙结构与物理性质关系通过对数据处理与统计分析，得出以下结论： - 煤样中的比表面积与其孔隙结构分形维数呈负相关关系。
chap2煤的结构
连接结构单元的桥键
第 二 章 煤 的 结 构
连接结构单元之间的桥键主要是次甲基键、醚键、 次甲基醚键、硫醚键以及芳香碳－碳键等。在低 煤化程度的煤中桥键最多，主要形式是前三种； 中等煤化程度的煤中桥键最少，主要形式是－ CH2－和－O－；到无烟煤阶段时桥键有所增多， －和－O 主要形式是最后一种。
煤分子结构的基本概念
第 二 章 煤 没有彻底了 解煤的分子结构，但对煤的分子结构有了一个粗 浅的认识。 煤不是由均一的单体聚合而成，而是由分子量不 煤不是由均一的单体聚合而成，而是由分子量不 同、分子结构相似但又不完全相同的一组“ 同、分子结构相似但又不完全相同的一组“ 相 似化合物”的混合物组成的。 似化合物”的混合物组成的。 煤的有机组成：
物理性质
– –
–
总结 第 二 章 煤 的 结 构
(1) 煤是三维立体结构的高分子缩聚物 (2) 结构单元的核心是缩合芳香核 (3) 结构单元有不规则部分 (4) 连接结构单元的是桥键 (5)低分子化合物的存在 (5)低分子化合物的存在 (6)煤化程度对煤结构的影响 (6)煤化程度对煤结构的影响
结构单元的核心是缩合芳香核
中 国 矿 业 大 学 化 工 学 院
第二章 煤的结构
第 二 章 煤 的 结 构
煤的结构通常是指煤有机质的化学结构。研究煤的化学结构，不 煤的结构通常是指煤有机质的化学结构。研究煤的化学结构，不 仅具有重要的理论意义，而且对于煤炭加工利用具有重要的指导意 义。由于煤炭组成的复杂性、多样性和不均匀性，将煤分离成为分 子级的化合物并研究其结构是一件非常困难的事情。虽然科学家对 煤的化学结构做了长期、大量的研究工作，并取得了重要进展，但 遗憾的是，迄今为止尚未明了煤化学结构的全貌，只是根据试验结 果和分析推测，提出了若干煤的分子结构模型。研究煤分子结构时， 一般采用镜质组作为研究的对象，这是因为镜质组在成煤作用过程 中，变化平稳，组成均匀，杂质含量低，而且在绝大多数煤中镜质 组的含量占主导地位。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
X射线衍射法研究煤炭的结构
为煤和石墨的x时线衍射谱。由图可见，石墨的衍射谱共 有9个明显的衍射峰．表明它是晶体排列的结构。煤中碳原 子排列的有序性随煤化度而变化，到烟煤阶段有对应石墨的 主要衍射峰(002)和(100)；到无烟煤阶段，除有(002)和 (100)两个峰外．还显示有对应石墨的(004)和(110)峰，呈 现明显的三维有序结构。煤中这部分二维有序的结构称为微 晶，它是由若干芳香环层片以不同的平行程度堆砌而成。在 煤的x射线衍射谱图中，(100)和(110)峰归因于芳香环的缩 合程度，即芳香环碳网层片的大小；(002)和(004)峰归因于 芳香环碳网层片在空间排列的定向程度，即层片堆砌高。
X射线衍射法研究煤炭的结构
煤的结构
煤的大分子结构 煤是由分子量不同、
分子结构相似但又不 完全相同的一组“相 似化合物”的混合物 组成多个相似的“基 本结构单元”通过桥 键连接而成的立体结 构。
X 射 线 衍 射 法
X射线衍射法是一种研究晶体结构的分析方 法，而不是直接研究试样内含有元素的种类及 含量的方法。当X射线照射晶态结构时，将受 到晶体点阵排列的不同原子或分子所衍射。X 射线照射两个晶面距为d的晶面时，受到晶面的 反射，两束反射X光程差2dsinθ使入射波长的整 数倍时，即2dsinθ=nλ（n为整数），两束光的 相位一致，发生相长干涉，这种干涉现象称为 衍射，晶体对X射线的这种折射规则称为布拉 格规则。θ称为衍射角（入射或衍射X射线与晶 面间夹角）。n相当于相干波之间的位相差， n=1，2…时各称0级、1级、2级……衍射线。 反射级次不清楚时，均以n=1求d。晶面间距一 般为物质的特有参数，对一个物质若能测定数 个d及与其相对应的衍射线的相对强度，则能对 物质进行鉴定。
一 叶 一 菩 提
一 花