基于煤氧化产物苯羧酸分布的中低阶煤大分子结构研究

A study on the macromolecular structure of coals is the basis of uses and conversions of coal. In this project, we proposed a new approach to build the macromolecular structure of mid and low-rank coals based on the distribution of benzene carboxylic acids (BCAs) obtained from oxidation of the coals. The relationship of the distribution of BCAs and the conditions of coal oxidation will be illustrated. The correlation of BCAs distribution, 13C NMR, FTIR, elemental analysis and the macromolecular structure of coals will be studied. And then macromolecular structures of mid and low-rank coals can be constructed. The models of macromolecular structures of several mid and low-rank coals will be built, and the effect of coal rank on the macromolecular structures of coals will be studied. The project will develop a new way to study macromolecular structures of mid and low-rank coals and construct models of macromolecular structure of several mid and low-rank coals, which can understand deeply coal structures and provide a fundament for efficient conversion and use of coals.

认识煤的大分子结构是煤炭利用转化的基础。本项目提出基于煤氧化产物苯羧酸分布来研究中低阶煤有机质大分子结构的思路，认识煤氧化产物苯羧酸的组成分布与煤氧化条件之间的关系，揭示煤氧化产物苯羧酸分布、13C NMR、FTIR、元素分析等与煤有机质大分子结构的关联，反演煤有机质的大分子结构，提出多种中低阶煤的有机质大分子结构模型，进而获得煤有机质大分子结构与不同煤化程度煤之间的关系。通过本项目的实施，提出一种新型煤有机质大分子结构的研究方法，构建多种中低阶煤的有机质大分子结构模型，深化对中低阶煤有机质结构的认识，为中低阶煤的高效转化和利用提供依据。

煤的大分子结构是煤炭利用转化的基础，然而目前文献报道的煤的大分子结构不能反映煤氧化生成的苯羧酸的组成和分布，本项目提出基于煤氧化产物苯羧酸分布来研究煤的有机质大分子结构的方法，进而研究煤的大分子结构。.本项目选择了取自不同地区的10种煤进行研究，采用了三种氧化的方法（碱氧氧化法、催化氧化法和高锰酸钾氧化法）将不同的煤氧化，通过对氧化产物的分析，认识了氧化条件对产物苯羧酸生成规律的影响，借助相同条件下对模型化合物的氧化过程研究，认识不同苯羧酸的来源，从而关联煤氧化产物苯羧酸与煤的母体结构之间的关系，认识了能够形成苯羧酸和不能够形成苯羧酸的母体结构特点。同时，采用13C NMR 研究了这些煤的其它芳核结构信息（如芳香碳中桥接芳碳的比例、芳环的取代度以及芳环直接接氧的比例等），结合苯羧酸收率分布构建了四种煤的芳香核结构信息。.本项目采用钌离子催化氧化法，研究了煤的芳核结构之间相连的亚甲基链的长度分布，考察反应条件对产物脂肪羧酸收率及分布的影响；另外，提出了分步氧化的方法研究侧链结构和分布的方法。同时，通过13C NMR分析表征，获得煤的大分子结构中芳香核外脂肪链与桥键信息；通过FTIR和XPS分析表征，获得O、N、S 等杂原子的存在形式和含量分布。从而构建出芳香核之间的脂肪链结构。.在上述研究的基础上，本项目提出了基于煤氧化产物苯羧酸收率分布和其它表征结果，反演煤有机质的大分子结构方法，提出四种煤的有机质大分子结构模型。另外，本项目基于分步氧化的方法，提出了小龙潭褐煤的结构模型，认识了煤结构中的不均匀特性。.本项目通过所提出的煤的结构模型，阐明了煤的元素含量、芳香团簇结构、官能团种类及含量、化学键种类及含量（包括C-C键、C-O键、O-H键、C-H键）与煤化程度之间的关系，从化学键的角度研究了煤化过程中煤结构的变化规律。通过本项目的研究，加深对煤的结构认识，为煤的利用提供可靠的依据。