煤结构模型研究及展望.pdfVIP

第 4期 (总第 155期) 煤 化 工 No．4(TotalNo．155) 2011年 8月 CoalChemicalIndustry Aug．2011 煤结构模型研究及展望 陈德仁 秦志宏 陈 娟 华宗琪 陈冬梅 (中国矿业大学，江苏 徐州 221116) 摘 要 从煤大分子结构模型 、分子问结构模型和复合结构模型 3个方面对煤的十几种典型结构模型进 行了归类 ，对各模型的研究背景和研究方法进行 了介绍和简要评述 ，并引入了我国学者新近发表的若干煤结 构模型概念，指出其 中的煤嵌布结构模型是 目前煤化学界所提出的最为系统和全面的关于煤复合结构的概念 描述 ，其研究过程反映了该嵌布结构模型是煤组成结构本质的一种 自然体现 ，对煤溶解过程中的各种现象及 煤的黏结性等可以作出合理的解释。 关键词 煤 结构模型 大分子结构 分子间结构 复合结构 文章编号 ：1005—9598(2011)中图分类号 ：TO530 文献标识码：A 关键的是要探 明煤的结构特征 ，充分认识它的各种性 引 言 质及在加工过程中变化的实质，以便更合理地利用。 为充分 、合理地利用煤炭资源 ，已展开的煤化学 研究有 150余年之久，对煤结构的系统研究则是在 1 煤的大分子结构模型 20世纪20年代以后 ，根据不同时期对煤结构 的不同 理解 ，人们先后建立 了众多煤结构模型 ，其中比较典 1．1 Fuchs模型 型的有十几种 。煤的不同结构模型反映了当时煤化学 Fuchs模型昭是 由德国科学家W．Fuchs提出(1954 结构的观点和研究水平。2O世纪 60年代以前，对煤 年)并经 V．Krevelen在 1957年修改 ，根据 IR光谱 、 结构的研究方法主要是化学方法，得出的是一些定性 统计结构分析法 (根据元素组成 、密度 、折光指数等计 的概念，而定量的数据较少 ；60年代以后 ，煤结构研 算)推断出来的。该模型将煤描绘成由很大的蜂窝状 究中采用了各种新型的现代仪器，如傅立叶变换红外 缩合芳香环和在其周围任意分布的以含氧官能团为 光谱 、气相色谱、质谱和高分辨率核磁共振光谱等，得 主的基团所组成 ；缩合芳香环很大 ，平均为 9个 ，最大 到了更多更准确的煤结构信息，为合理的煤结构模型 部分有 11个苯环，芳环之间主要通过脂环相连。模型 的提出奠定 了基础。1981年 ，G．A．Carlson…首先把 中没有含硫结构 ，含氧官能团的种类不全面。该模型 CAMD(ComputerAidedMolecularDesign)引入煤科学 是 20世纪60年代 以前提出的煤化学结构模型的代 领域 ，将化学与计算机结合来研究煤的结构模型，使 表 ，当时被许多研究者认为是最合理的模型。 煤结构研究在定量化和可视化方面取得实质性突破 。 1．2 Given模型 1988年，M．Iino等 [23发现体积 比为 1：1的cs2和NMP 1960年，P．H．Given4[3采用 IR光谱 、H-NMR和x射 (N一甲基 一2一吡咯烷酮)混合溶剂在常温下对某些烟 线衍射法 ，对碳质量分数为82．1％的镜质煤分析 ，测 煤具有很高的萃取率 ，由此 ，很多科学家采用溶剂萃 得其芳香氢和脂肪氢的比例 、元素组成 、分子量 、一0H 取原煤并对萃取物进行分析来研究煤的结构。进入 量等信息，将单体单元 (9，10一二氢蒽)与随机分布的 21世纪以来 ，煤炭在化工方面的应用更加广泛 ，但最 取代基团结合 ，