不同煤级煤^13CNMR结构特性及演化特征.pdfVIP

第 38卷 第 4期 煤 炭 转 化 VolI38 No．4 2015年 1O月 C0AL C0NVERS10N Oct．2015 不同煤级煤 CNMR结构特性及演化特征 麻志浩” 阳 虹。 张玉贵。 毕文彦 摘 要 基于固体核磁共振 (CNMR)测试方法，对五类不同煤化程度的1O种煤样进行分析 测试，对谱图分峰后所得的结构参数进行研究，揭示 了不同煤化程度煤中各官能团的存在形式及 内 在联系，阐明了各官能团结构演化规律．结果表 明，脂肪碳和芳香碳含量整体呈互补关系，随煤化程 度的加深，脂碳率下降，芳碳率上升．氧接芳碳和侧支芳碳含量减少，氧接脂碳含量增加 ；受煤化程 度、构造应力和破坏类型等多方面因素的影响，其他结构参数变化趋势并不明显． 关键词 构造煤 ，煤化程度 ，核磁共振 中图分类号 TQ531．1，TQ533．6 两类煤体之间结构的差异及变化规律，追踪各煤级 0 引 言 煤岩组分演化过程，以期为瓦斯灾害的预测与治理 煤体结构 的认识不仅是煤化学方 向的重点 ，而 提供理论依据，同时有利于煤矿煤层气勘探与开发 且对于煤与瓦斯突出、煤层气 的勘探与开发也具有 工作 的进行． 重要 的理论价值和实际意义．[1煤 的结构组成研究 1 实验部分 包括物理方法、化学方法及物理化学方法 ，后两者通 过解析煤 中代表性碎片来推测 、认识煤的结构 ，因化 1．1 样 品 学方法可能破坏煤体结构 ，且部分化学键反应性较 实验采用涉及低 、中、高三种煤化程度不同煤级 弱 ，故化学方法测定难度很大．[4核磁共振技术 具有代表性的五类原生结构煤 (R)和构造煤 (T)，分 (NMR)是煤的物理研究方法之一 ，可实现煤 的非破 别为邹庄气煤 (Q)、平顶山肥煤 (F)、焦煤 (J)、鹤壁 坏性研究，是研究 固体煤和液化产物 的有力 手 瘦煤 (S)和贫煤 (P)．将煤样粉碎至 200目以下，为 段．_15]1。CNMR谱在煤化学领域应用尤为广泛 ，具 消除煤中铜和铁等金属磁性物质对核磁谱 的影响， 有分辨率高、可提供大分子骨架以及非质子相连基 对各煤样用盐酸进行脱矿处理，灰分降至 1 以下， 团信息的优点．一些学者利用 NMR谱分析了煤中 放于 8O℃的真空干燥箱 中干燥 24h后供测谱用． 某类基团与化学位移 的关系_4]，研 究 了变形结构 所得煤样的工业分析和元素分析见第 2页表 1． 煤在不同性质应力作用下的石墨化机理_7]，探讨了 1．2 CNMR实验 不 同环境及 应力作用 下 变形煤 的结构演化 特 ¨CCP／MAS固体核磁共振分析在瑞士Bruker 征 [g。 ，同时，尝试将核磁共振成像技术应用于煤层 AVANCEIII600MHz全数字化超导核磁共振波 气的勘探与开发[1 等领域．目前 ，有关不同煤级原 谱仪上完成，配有超超屏蔽磁体，5mmCPTCI三共 生结构煤与构造煤之间化学结构的异同尚未达成共 振反式超低温探头 ，高分辨 BBO正相观察宽带探 识 ，对二者之间结构差别 的认 知将 为预测煤与瓦斯 头 ，Z方 向脉冲梯度场，ATM 自动调谐 ／匹配附件 ， 以及煤层气 (瓦斯)的生、排 、运 、储等方面提供重要 变温单元．4mmMAS探头 ，ZrO。转子 ，魔角旋转 的信息．本实验以不 同煤级的原生结构煤和构造煤 速度为 9000Hz，光谱 宽度 45454Hz，光谱频率 为研究对象