功能化离子液体抑制采空区煤自燃的基础研究

煤矿井下采空区煤炭自燃严重影响安全生产。大量研究表明煤自燃是由于煤体表面活性基团与氧在低温环境中发生缓慢化学反应，放出反应热及有害气体，当热量积聚到一定程度时，煤体温度达到着火点引发燃烧。现有的防灭火材料多是从氧化剂- - 氧气着手，通过隔绝或稀释氧气的方式达到阻燃目的。而本项目提出从氧化源着手的抑燃方法，即以活性基团为抑制对象，通过破坏煤中的化学结构氧化源，达到阻止煤炭自燃的目的。鉴于功能化离子液体非挥发、低熔点、良好的导热性、高比热容及热稳定性的优点，本项目拟研究一种功能化离子液体来破坏煤中活性基团，这在国内外尚属首次。能够抑制煤自燃的离子液体须具有较好的溶解活性基团、溶解有害气体或氧气的能力，且具有疏水性，才能有效控制煤中活性结构。这项研究不仅能够为离子液体在煤炭安全开采中的广泛应用打下基础，而且是煤炭自燃防治技术的一次全新突破。

煤自燃是制约煤炭工业安全可持续发展的主要灾害之一。为寻找新材料从本质上抑制煤自燃进程，本项目首次提出利用离子液体来破坏煤中活性基团，从而影响煤的氧化过程。通过光学显微镜观察了煤在咪唑类和吡啶类离子液体中的溶解分散情况，提供了煤在离子液体中破碎分散的直观显像；利用傅立叶变换红外光谱仪和热重分析仪考察了离子液体对煤的微观活性官能团和宏观热重参数的影响，初步得出能够对煤结构产生作用的离子液体阴阳离子的种类和结构；基于密度泛函理论计算了离子液体与煤活性结构的作用过程，认为离子液体对煤中的氢键和共价键都会产生一定的破坏作用。基于上述离子液体对煤中活性结构的宏微观影响结果，进一步比较了效果较好的咪唑类离子液体和季膦盐类离子液体对煤氧化进程热失重、放热量、气体产物、微观有序碳结构以及表面官能团等的影响，全面揭示了不同种类离子液体影响煤氧化进程的微观作用过程。该项目的研究成果不仅能够为离子液体在煤炭安全开采中的广泛应用打下基础，而且是煤炭自燃防治技术的一次全新突破。已发表学术论文16篇（10篇EI，3篇SCI），培养研究生3名（博士生2名，硕士生1名），参加2次国内外学术交流会议。