阻化剂抑控煤活性结构氧化机理研究

Using many analyzing and testing means, such as quantum chemistry theory，elemental analyzer，mass spectrometer，multifunctional X-ray diffractomer, and infrared spectrum, the chemical structures of the different metamorphic grade coal samples are tested and analyzed. On the basis that the structure of the active characteristics of the coal micro surface, the adsorption mechanism of the coal surface, the metal cation of inhibiter and the nonmetal anion, such as the chloride ion, is studied, and the adsorption model is established. The structure of the active characteristics of the coal surfaces, and the process of metal cation in the inhibiter forming the chemical constitution and the coordinate bonds of the complexes are studied, using the quantum chemistry theory and coordination chemistry theory. By the application of many ways of experiments such as infrared and thermogravimetry, the obtained results are validated, the complexes formed by the coal and the inhibiter are synthesized and characterized, and the mechanics that inhibiter controlling the oxidation of the coal active groups is revealed. The chemical reaction mechanism of the coal active groups and oxygen is calculated before and after the complexes forming, by using quantum chemistry theory, and the influences of the occurrence and development of coal self-ignition are studied, the effect of the inhibiter preventing and Inerting the oxidation of the coal is tested, applying the thermogravimetry and infrared experiment. According to the achievements of this theory research, the development of the new material, the nea technology and the new process that preventing the coal self-ignition is supported.

应用量子化学理论和元素分析仪、质谱仪、多功能X射线衍射仪、红外光谱等分析测试手段，对变质程度不同的煤样的化学结构进行测试分析，在确定煤微观表面活性特征结构的基础上，研究煤表面与阻化剂中的金属阳离子以及氯离子等非金属阴离子的吸附机理，建立吸附模型，应用量子化学及配位化学理论研究煤表面的活性特征结构与阻化剂中的金属离子形成配合物化学结构及配位键的过程，并应用红外、热重等实验的方法，对计算结果进行验证，对煤与阻化剂形成的配合物进行合成并加以表征，揭示阻化剂抑控煤活性基团氧化机理；应用量子化学理论计算形成配合物前后煤活性基团与氧的化学反应机理，并应用热重、红外实验研究不同种类、浓度阻化剂对煤自燃发生、发展过程的影响规律，对阻化剂预防煤氧化的阻化、惰化效果进行检验。根据理论研究成果，支撑预防煤炭自燃新材料、新技术及新工艺的研发。

应用量子化学理论和原子力显微镜、红外光谱等分析测试手段，对煤的化学结构进行了测试分析，确定了煤的碳骨架、官能团，建立并优化了煤活性特征结构模型；应用量子化学理论研究煤活性结构与阻化剂的吸附，建立吸附模型，比较了吸附能，确定煤活性结构与阻化剂主要成分发生吸附的亲和顺序，揭示了煤活性特征结构中的官能团与阻化剂主要成分的吸附机理；应用量子化学理论，系统研究了煤活性特征结构中醛基、胺基、烷基、硫醇及噻吩等官能团以及阻化剂中的Mg2+、Ca2+、Zn2+、Fe2+等离子的前线轨道特征与形成配位化学键和配合物的过程，发现煤中各种活性结构与阻化剂形成配合物是一个无势垒的化学反应过程，无需从外界吸收能量即可形成配合物；分析了形成配合物的成键本质和稳定性，发现煤中活性基团与阻化剂形成配合物的稳定性较大，能够阻止煤与氧接触及发生氧化，揭示了揭示了阻化剂能够抑控煤活性结构氧化机理，突破了传统认为的卤化物吸水隔氧的阻化机理。应用量子化学理论，系统研究了煤活性特征结构中胺基、烷基、硫醇及噻吩等官能团与阻化剂中的Mg2+、Ca2+、Zn2+、Fe2+等离子形成配合物前后与氧的化学反应机理，结果表明，配位作用能够阻碍O2的吸附，而且煤活性结构与阻化剂形成配合物后，活性结构发生氧化反应需要克服的化学势垒明显增大，验证了理论计算的正确性；并应用热重实验对经阻化改性后煤的热重特性进行系统研究，发现煤氧化反应的活化能明显增加，而且在煤氧化增重阶段，煤样在氧化自燃过程中的增重阶段质量增加量明显变少，说明阻化改性可高效抑制煤吸附O2。根据理论研究成果，进行了新型低浓度环保阻化剂的研发。