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红外光谱结合元素分析法研究SRB对煤的降解 　　摘要：利用傅里叶红外光谱（FTIR）技术，对淮南潘二煤层煤样在接种硫酸盐还原菌（SRB）前后煤样组分的结构变化特征及规律进行研究，同时结合元素分析技术进行进一步分析。结果表明，煤样经过SRB细菌降解后，S元素、N元素均有不同幅度变化，其中，S元素均有减小的趋势，N元素有小幅度的增加趋势。C、H元素变化不明显，同时SRB细菌将煤中能降解利用的有机物降解后，煤样中含氧官能团相对含量下降、羟基官能团含量有所上升。SRB细菌的降解利用改变了煤中有机物成分含量及物质结构。 　　关键词：硫酸盐还原菌；煤；降解；傅里叶红外光谱；元素分析 　　中图分类号：TQ533.6 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）18-4671-03 　　DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.18.013 　　煤炭是重要的化石燃料，在全世界的储量远大于石油。但是煤炭直接利用会引起一系列环境问题，如煤直接燃烧时会释放大量的氮化物和硫化物等有毒气体。使用传统的物理化学方法对煤进行处理后再利用，虽然可以降低煤在燃烧时释放的一些有害气体，但处理过程本身也会带来许多环境问题。因此，开发新的煤处理转化工艺非常重要。已有的研究表明，相对于物理化学方法，微生物降解煤的方法具有很多优点，如不需要高温高压、不产生环境污染等，具有很重要的意义[1]。硫酸盐还原菌（Sulfate reducing bacteria，SRB）是煤系地下水中常见的细菌类型[2-4]，是一类能够通过异化作用将硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐等硫氧化物以及元素硫还原生成硫化氢的细菌的统称[5]。SRB是一种重要的媒介，可将环境中的硫加入到煤中，在转换过程中许多金属元素得到富集和沉淀，大量的研究也揭示了SRB在煤中元素的富集和高碳质黑色岩系金属矿床成矿的过程中具有十分重要的作用[4]。煤系地下水中SRB的生长碳源可来自对煤中一些大分子有机化合物的厌氧降解，也可以是煤自身的有机组分[6]。 　　傅里叶红外光谱（FTIR）是一种有效的研究煤及显微组分结构的方法，目前已被广泛应用于煤显微组分和烃源岩中干酪根化学结构的研究[7，8]，是一种微区分析技术，其测试样品不受晶质和非晶质限制，在煤显微组分的研究中，依据对红外光谱图上吸收带的分析，可从中了解煤中有机质的化学结构及其变化[9]。由于红外光谱法具有分析时间短、耗样量少、不破坏样品、制作简便、测试样品不受晶质和非晶质限制等优点，所以在煤的化学结构研究中，根据红外光谱图上吸收带的分析，可从中了解煤中有机质的化学结构及其变化[10]。Rubiera等[11]采用红外法发现煤的化学结构对其燃烧特性具有极其重要的影响。在碳材料的低温氧化过程中，Koch等[12]采用红外光谱法研究发现碳材料的化学结构呈现一定的变化规律。而在中国，研究者主要借助FTIR来研究分析煤的煤化程度、煤岩组成和煤的成因类型等[10，13-17]。 　　本试验运用FTIR结合元素法对经SRB厌氧降解与未经SRB厌氧降解的煤样组分的结构变化特征及规律进行研究，为煤系地下水中SRB如何利用大分子有机物提供理论依据。 　　1 材料与方法 　　1.1 样品采集与预处理 　　1.1.1 样品采集 水样取自淮南潘北煤矿530 m深井下东一采区灰岩泄水巷内E8-2水平探水孔（终孔层位：C31-3石炭系太原组含小溶洞石灰岩层），实测涌水量0.014 L/s，水温38.4 ℃，水发臭且钻孔口密布黑色菌席。先用灭菌小塑料勺挖取孔内菌席，置于已高温灭菌的250 mm磨口玻璃瓶中，接取钻孔自流水充满后，盖紧并以PTFE胶带缠封瓶口，通过便携保温箱冰袋冷敷携带，当天送至实验室，4 ℃冷藏，其水样作为菌源。煤样取自潘二煤矿，置于HDPE袋内封口保存。 　　1.1.2 煤样预处理 将采集的潘二煤晾干，研碎，过200目筛，置于HDPE袋内，封口保存，待用。 　　1.2 仪器与试剂 　　1.2.1 主要仪器 Nicolet 67傅里叶红外光谱（美国Thermo Nicolet分析仪器公司），光谱范围400～12 000 cm-1，分辨率为0.09 cm-1，样品扫描次数为32 次，同时对比空白KBr片32次的背景扫描，以获得扣除背景影响的高质量光谱；元素分析仪（德国Elementar分析仪器公司）；FW-4A型压片机（天津光学仪器厂）；JP-150A-8高速粉碎机（永康市久品工贸有限公司）；SU8020场发射扫描电子显微镜（日本日立分析仪器公司）。 　　1.2.2 主要试剂 KBr（光谱纯、天津光复精细化工研究所）；KH2PO4、MgSO4?7H2O、FeSO4?7H2O（广东汕头市西陇化工厂）；NH4Cl（天