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(chǔ)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(gè)重要因素，褐煤高含水的原因在于其含氧官能團(tuán)的多樣性和孔結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。本論文以勝利褐煤為研究對(duì)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(shí)驗(yàn)研究與理論計(jì)算兩方面得出含氧官能團(tuán)和孔徑對(duì)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(cè)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(tuán)主要為羥基、羧基、羰基和醚類(lèi)。構(gòu)建的褐煤結(jié)構(gòu)模型分子式C169H140O44N3S2，結(jié)構(gòu)計(jì)算紅外譜圖與實(shí)驗(yàn)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(yīng)對(duì)含氧官能團(tuán)持水性能的影響，選取氧化石墨烯結(jié)構(gòu)模型模擬復(fù)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(yuǎn)離，取代基對(duì)結(jié)合能的影響越來(lái)越小。取代基對(duì)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(tuán)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(gè)水分子所受到模型化合物的相互作用能EC會(huì)明顯降低。
　?。?）研究了不同官能團(tuán)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(tuán)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(shí)驗(yàn)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(tuán)含量的增加而增強(qiáng)。平衡復(fù)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(duì)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(duì)持水性能的影響。結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)成功的在管壁引入了不同含量的羧基、羥基等含氧官能團(tuán)。氧化碳納米管復(fù)吸性能大大增加，豐富的