红外光谱定量研究不同煤阶煤的化学结构

为定量研究不同煤阶煤的化学结构,借助傅里叶红外光谱,对河曲长焰煤、柳林焦煤及晋城无烟煤进行了化学结构表征.从红外的四个谱段来看,每一谱段都发生了一定的变化.在芳香结构中,河曲煤有5个峰位,柳林煤减小为3个峰位,而后至晋城煤又增加到5个峰位.在含氧官能团中,随着煤阶的升高,波数在1100～1350 cm-1的峰面积逐渐减小,峰形变得平缓,这说明煤化作用是富碳、脱氧的过程.在脂肪烃中,谱图中波数在2952 cm-1附近的肩峰加宽,说明甲基的含量增加.波数在2895 cm-1附近的峰形逐渐变缓,说明次甲基的含量减小.在氢键范围内,随着煤阶的增高,谱图先变缓后变陡,波数在3400 cm-1附近变化尤为突出,说明煤中自缔合羟基的含量先减小后增加.并运用Origin7.5软件对所得到的红外谱图进行分峰拟合及归属.结果表明:苯环的取代方式主要以三取代为主,随着煤阶的增高,苯环三、四取代含量下降,二、五取代含量升高;其中苯环三取代的含量由63％ 降至32％,苯环四取代由17.21％ 降至12.86％,而苯环二取代则由12.36％ 增至24.44％,苯环五取代由6.55％ 增至26.58％.红外归属中,不同煤阶煤灰分的百分含量,与其工业分析中灰分含量有很好地对应.随着煤阶的增高,碳氧单键的比例由37.22％ 降至27.83％;碳碳双键含量由31.02％ 升高到36.86％,而后又降至25.42％;碳氧双键含量有微小变化,由13.07％ 降到13.02％,然后又升至13.81％.脂肪烃中,随着煤化程度的加深,甲基对称伸缩振动占比分别为11.67％,11.81％ 和12.92％,甲基反对称伸缩振动占比分别为18.74％,18.94％,24.76％,而次甲基的伸缩振动占比分别为17.38％,12.53％,11.57％,亚甲基对称伸缩振动占比分别为18.09％,18.14％ 和15.43％,亚甲基的反对称伸缩振动占比分别为34.41％,38.58％ 和35.32％.亚甲基的对称与反对称的比例都出现先增加后减小的趋势;甲基的对称与反对称伸缩振动的比例则呈增加趋势;次甲基的含量呈降低趋势.羟基-N氢键存在于河曲煤与柳林煤中,晋城煤无此类氢键;煤阶越低,其百分含量越大.随着煤阶的增高,环状缔合氢键由19.03％ 降至12.71％,羟基-醚氢键由27.20％ 降至16.89％;这是由于低煤阶煤中羧酸、羟基等含氧官能团的含量高.自缔合羟基含量先由39.63％ 减小到34.78％,而后又增加至37.88％;而羟基-π氢键的含量由9.84％ 上升至27.77％.这些变化揭示了煤化作用是一个富碳、去氢、脱氧、去除杂原子的复杂演化过程;对探索煤大分子结构演化特征及控制机理有借鉴意义.