基于f-ir光譜的我國(guó)煤結(jié)構(gòu)參數(shù)研究

基于f-ir光譜的我國(guó)煤結(jié)構(gòu)參數(shù)研究

0煤中脂肪-ch和芳香-ch含量的表征由于煤的不平等性、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)和低溶解能力，傳統(tǒng)方法難以難以改進(jìn)。近年來(lái)，福里葉變換紅外光譜（tir）用于煤礦結(jié)構(gòu)分析，計(jì)算機(jī)處理技術(shù)用于光譜分解，從而解決了煤肩的薄肩吸收、重疊峰的弱分辨率、線位置的確定和光譜差異的降低等問(wèn)題。此外，monon、duri和pain采用2900cm-1附近的脂肪ch擴(kuò)展振動(dòng)（alt）和800cm-1附近的脂肪ch表面折疊振動(dòng)（aarop）的吸收強(qiáng)度（asert），以及接近800cm-1的yaleban模型的吸收強(qiáng)度（aarop）。許多科學(xué)家對(duì)煤炭中脂質(zhì)氫（al-ch）和芳香氫（ar-ch）的含量有一致的意見(jiàn)。用紅外光譜研究我國(guó)煤的結(jié)構(gòu)性質(zhì),目前僅限于對(duì)個(gè)別煤的顯微組分和抽提物結(jié)構(gòu)的研究,用紅外光譜對(duì)我國(guó)煤中脂肪-CH和芳香-CH含量的研究報(bào)道并不多見(jiàn).本文就是用FTIR光譜,借助于作者編制的分峰程序,對(duì)我國(guó)煤化程度有顯著差異的18種煤進(jìn)行了煤中脂肪-CH和芳香-CH含量的定量分析,求得煤中脂肪-CH和芳香-CH含量的吸光度系數(shù),由此獲得了我國(guó)煤的化學(xué)結(jié)構(gòu)參數(shù).1實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)用煤樣及煤的FTIR光譜分析方法參見(jiàn)文獻(xiàn).2紅外吸收光譜的分解與合成煤樣紅外光譜中各吸收峰的分解與擬合過(guò)程見(jiàn)文獻(xiàn).3結(jié)果和討論3.1煤中芳香氫的紅外光譜分析與煤的含氧官能團(tuán)的紅外光譜分析一樣,脂肪和芳香-CH測(cè)定主要也是選擇分析峰的位置和確定其吸光度系數(shù).本文使用紅外光譜2900cm-1附近脂肪-CH伸縮振動(dòng)吸收強(qiáng)度(AalST)和800cm-1附近芳香-CH的面外彎曲振動(dòng)吸收強(qiáng)度(AarOP)來(lái)表征煤中脂肪氫和芳香氫的.考慮到在830cm-1處出現(xiàn)了脂肪-CH的搖擺振動(dòng)吸收,但可以從800cm-1附近(即900～700cm-1吸收帶)芳香-CH的面外彎曲振動(dòng)的吸收強(qiáng)度(AarOP)中加以消除,差減830cm-1處吸收強(qiáng)度后,以此作為分析煤中芳香-CH中芳香氫的基礎(chǔ).由郎勃特-比耳定律可知,脂肪-CH伸縮振動(dòng)吸收強(qiáng)度(AalST)和芳香-CH的面外彎曲振動(dòng)吸收強(qiáng)度(AarOP)的計(jì)算分別為AalSΤ=a′alΗal?(1)AarΟΡ=a′arΗar?(2)式中a′al和a′ar分別為脂肪氫和芳香氫的吸光度系數(shù),Hal和Har分別為煤中脂肪氫和芳香氫的含量.假定煤中氫的總量(HT)是由脂肪-CH中氫Hal、芳香-CH中氫Har和羥基中氫H(OH)3部分組成的,即(ΗΤ)=Ηal+Ηar+ΗΟΗ?(3)式(1)和(2)代入式(3)變形得,1a′al[AalΗΤ-ΗΟΗ]=1-1a′ar[AarΗΤ-ΗΟΗ].(4)由式(4)可知,根據(jù)元素分析獲得的HT和文獻(xiàn)中的羥基含量計(jì)算HOH的值,以AalΗΤ-ΗΟΗ和AarΗΤ-ΗΟΗ分別為橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)作圖(見(jiàn)圖1),由圖1可知它們成線性關(guān)系,直線與坐標(biāo)軸的交點(diǎn)即為a′al和a′ar的值.由圖1可知我國(guó)的18種煤的脂肪氫和芳香氫的吸光度系數(shù)分別為a′al=630.15和a′ar=276.95,相關(guān)系數(shù)為0.8746,而一般a′ar/a′al的值也在0.2～0.9間變化.根據(jù)脂肪氫和芳香氫的吸光度系數(shù)來(lái)計(jì)算煤中脂肪-CH和芳香-CH中氫的含量,表1為通過(guò)FT-IR所得的我國(guó)18種煤含氫官能團(tuán)的氫分布表(見(jiàn)表1).圖2為煤中芳香氫和脂肪氫之比(Har/Hal)與煤中碳含量的關(guān)系曲線.由圖2可知,Har/Hal的值介于0.5～1.2之間,當(dāng)碳含量小于82%時(shí),隨煤化程度增加,Har/Hal之比變化不大,當(dāng)C的含量大于85%以后,Har/Hal值突然驟增.圖3為元素分析總氫和酚羥基氫之差(HT-HOH)與芳香氫和脂肪氫之和(Har+Hal)之間的關(guān)系曲線,由圖3可知,斜率為1,煤中芳香氫和脂肪氫的紅外光譜分析與總氫的元素分析相吻合,說(shuō)明實(shí)驗(yàn)是可靠的.3.2煤中芳香碳的元素分析由于煤中羧酸含碳量與芳香碳、脂肪碳的碳相比少得多,以致于計(jì)算官能團(tuán)中的碳時(shí)可以忽略,本工作采用差減法計(jì)算Car和Cal.Car=Ctotal-Cal=Ctotal-(12/x)·Hal,(5)式中Car是煤中芳香碳含量,Cal是煤中脂肪碳含量,Ctotal是總碳含量即為元素分析值x是描述脂肪物質(zhì)CHx的化學(xué)計(jì)量.x的值取1.8,由此得到我國(guó)18種煤的脂肪碳和芳香碳的含量(見(jiàn)表2),圖4為煤的芳香碳原子數(shù)與總碳原子數(shù)之比芳香度(fa=Car/C)與煤化程度的關(guān)系,由圖4可知煤的芳香度隨煤化程度的增加而提高,在碳含量大于85%時(shí),fa值急增.圖5為煤中芳香碳含量(Car)與煤中固定碳(FC)之間的關(guān)系曲線.由圖5可知,兩者之間對(duì)應(yīng)成線性關(guān)系,說(shuō)明煤中的芳香碳與固定碳密切相關(guān).4煤的紅外光譜(1)利用紅外光譜可地定量分析煤中芳香-CH和脂肪-CH的含量,FTIR是研究煤結(jié)構(gòu)參數(shù)的有效方法之一.(2)對(duì)我國(guó)18種煤的紅外光譜研究發(fā)現(xiàn),煤的Har/Hal的值介