煤分子活性基團低溫氧化過程研究.pdf

1、我國煤炭資源十分豐富，但煤層自燃導(dǎo)致大量礦產(chǎn)資源的浪費，煤自燃引起的礦井火災(zāi)，不僅給國家?guī)砗艽蟮慕?jīng)濟財產(chǎn)損失，還直接威脅著井下工作人員的安全。為了確保煤礦生產(chǎn)的安全進行，加強煤自燃機理的研究就顯得尤為重要。 近年來，各國學(xué)者對煤自燃微觀機理進行研究，但由于現(xiàn)場影響因素多及煤結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，對于煤自燃的反應(yīng)過程始終沒有一個確定的結(jié)論。許多國內(nèi)外學(xué)者從不同角度對煤自燃機理進行研究，大多都是在實驗的基礎(chǔ)上對煤自燃的宏觀規(guī)律和現(xiàn)象進行研

2、究，對煤自燃微觀反應(yīng)機理的研究較少。隨著量子化學(xué)和計算機技術(shù)的發(fā)展，量子化學(xué)理論計算越來越多的應(yīng)用于實驗學(xué)科，為解決現(xiàn)場實際問題提供理論基礎(chǔ)。 本課題根據(jù)煤分子活性結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果，運用Gaussian-03W量子化學(xué)分析軟件模擬計算煤分子表面活性基團低溫氧化反應(yīng)過程，探索了主要反應(yīng)路徑及反應(yīng)放熱性，分析計算出煤表面活性基團低溫氧化反應(yīng)過程的能量變化和化學(xué)動力學(xué)參數(shù)，研究確定控制煤低溫氧化的主要活性基團和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，分析得出煤自燃分

3、子動力學(xué)相關(guān)參數(shù)，計算采用密度泛函方法DFT-B3LYP，基組選取6-31G，通過模擬從煤分子中活性基團的氧化活潑性和放熱性兩個方面探討了煤的自燃性，總結(jié)出煤分子的熱效應(yīng)及活性基團的氧化活潑性排序；找到煤大分子斷裂后形成的中間產(chǎn)物，即生成一氧化碳和二氧化碳氣體的主要物質(zhì)，運用典型煤樣和模型化合物的紅外光譜實驗對煤樣氧化反應(yīng)前后結(jié)構(gòu)特征分別進行實驗分析和驗證、發(fā)展了煤分子氧化過程模擬，總結(jié)影響長焰煤、焦煤、瘦煤和無煙煤自燃的主要基團。從方