高阳炼焦煤碳、氧结构研究与光谱学表征

通过对山西高阳炼焦煤煤质分析及13C交叉极化/魔角旋转-核磁共振(13C CP/MAS-NMR)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)的联合解析,获取煤中芳香结构、脂肪结构、羟基基团、含氧官能团结构特征,以及芳碳率、芳氢率、芳核平均结构尺寸(Xb)等煤结构单元基本参数.研究结果表明,高阳炼焦煤中芳碳率为0.73～0.77,芳核平均结构尺寸Xb为0.43.苯环五取代、苯环四取代和苯环三取代是高阳煤中主要的芳香烃结构,占比分别为41.42％,30.65％和19.82％.亚甲基是高阳煤中最主要的脂肪烃结构,占比达到41.85％,甲基和次甲基含量分别为29.86％,28.29％,说明煤中含有较多的烷基侧链和环状脂肪烃.羰基和酚羟基是煤中最主要的含氧官能团,与芳环上π电子形成的羟基π氢键占煤中羟基结构的73.20％.在芳香烃碳原子个数为118的高阳炼焦煤分子模型中,脂肪烃碳原子个数为25～32,其中,甲基碳、亚甲基碳、次甲基碳、羰基和羧基的个数分别为7～8,9～11,6～8,5.氧原子个数为7,其中,羰基和酚羟基为6个,醚氧键和有机硫中的砜或者亚砜结构共用1个氧原子.构建高阳炼焦煤精准大分子模型需要更多的碳、氧原子个数,因此,必须对煤中硫、氮等杂原子结构做进一步的分析.