超細(xì)煤粉體的光催化氧化反應(yīng)性及動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、在西部大開發(fā)中，如何對(duì)煤炭資源進(jìn)行高效、潔凈、高附加值轉(zhuǎn)化利用，是目前迫切需要解決的戰(zhàn)略問(wèn)題。隨著人類對(duì)環(huán)境的日益重視和“白色污染”的加劇，可降解材料的研究開發(fā)已成為世界矚目的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。煤基可降解材料的生產(chǎn)是實(shí)現(xiàn)煤炭非燃料高附加值利用和解決“白色污染”的有效途徑，該材料降解周期精確控制的技術(shù)關(guān)鍵是闡明煤的光催化氧化降解反應(yīng)性及動(dòng)力學(xué)。 本文引入分形維數(shù)定量表征了煤超細(xì)粉體顆粒分布均勻程度和顆粒表面的光滑程度。超細(xì)煤粉體的FT

2、IR圖譜研究表明：隨煤變質(zhì)程度的提高，煤中含氧官能團(tuán)減少，縮合程度增大，脂肪氫(Al-CH)含量下降和芳香氫(Ar-CH)的含量上升；羥基-羥基氫鍵、環(huán)羥基氫鍵呈減少趨勢(shì)，而羥基-醚氫鍵呈增加趨勢(shì)。 將煤結(jié)構(gòu)與光化學(xué)理論相結(jié)合，采用分形分析及現(xiàn)代測(cè)試方法，在自行設(shè)計(jì)的紫外光光催化氧化反應(yīng)裝置上，首次系統(tǒng)研究了煤低溫光催化氧化反應(yīng)性及影響因素。研究發(fā)現(xiàn)：反應(yīng)溫度、氧氣流量、光強(qiáng)度及煤粉粒度是影響煤光催化氧化反應(yīng)性的重要外部因素；煤

3、的光催化氧化反應(yīng)分為三個(gè)階段；低變質(zhì)程度煤具有較高的光催化氧化反應(yīng)活性；煤低溫光催化氧化的氣體產(chǎn)物組成為CO2、CO、CH4和C2H4等，進(jìn)而揭示出在光催化氧化反應(yīng)中存在煤大分子烷基側(cè)鏈的NorrishⅡ型光分解反應(yīng)。 通過(guò)超細(xì)粉碎-浮沉試驗(yàn)聯(lián)合方法分離獲得了煤的不同密度級(jí)組分，發(fā)現(xiàn)神府長(zhǎng)焰煤的密度級(jí)組分主要富集在1.350-1.375g/cm3(D2)，1.375-1.400g/cm3(D3)及＞1.400g/cm3(D4)三

4、個(gè)密度級(jí)別中。首次通過(guò)不同密度級(jí)煤組分的結(jié)構(gòu)和光催化氧化特性研究，揭示了煤的結(jié)構(gòu)和光催化氧化反應(yīng)性的關(guān)系。不同密度級(jí)煤組分的光催化氧化反應(yīng)活性順序?yàn)椋篋2＞D3＞D4。腐植酸產(chǎn)率隨著光催化氧化時(shí)間的增加而增大，各密度級(jí)煤組分光催化氧化產(chǎn)物的腐植酸產(chǎn)率大小為：D2＞D3＞D4。在煤光催化氧化過(guò)程，存在煤大分子分解與交聯(lián)兩類競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)。煤光催化氧化后，煤不同密度組分的表面官能團(tuán)結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律不同。 對(duì)比研究了原煤及其不同密度級(jí)組分的光

5、催化氧化反應(yīng)性與熱氧化性的差異，結(jié)果表明：煤光催化氧化的反應(yīng)活性高于其熱氧化的反應(yīng)活性。光氧化煤的腐植酸產(chǎn)率遠(yuǎn)高于熱氧化煤。 不同過(guò)渡金屬離子、納米二氧化鈦(nano-TiO2)及其稀土金屬鹽復(fù)合催化劑與煤大分子之間存在光催化氧化協(xié)同作用。發(fā)現(xiàn)通過(guò)外加金屬離子、nano-TiO2和稀土金屬鹽/nano-TiO2復(fù)合催化劑，可以控制煤光催化氧化產(chǎn)物的組成。探討了煤的結(jié)構(gòu)參數(shù)與煤光催化氧化反應(yīng)性的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)煤的光催化氧化反應(yīng)性可以用

6、其結(jié)構(gòu)參數(shù)的線性方程表示。首次提出了煤自光敏化光催化氧化降解機(jī)理，建立了煤光催化氧化的表觀動(dòng)力學(xué)模型，發(fā)現(xiàn)負(fù)載過(guò)渡金屬離子能明顯降低煤發(fā)生光催化氧化反應(yīng)所需的活化能。 深入研究煤光敏化光降解薄膜的降解特性及控制因素發(fā)現(xiàn)：煤粉在聚合物中的光敏作用與煤質(zhì)和煤粉添加量有關(guān)，煤粉與鐵鹽對(duì)聚合物降解有協(xié)同光敏化作用，通過(guò)控制煤/鐵鹽復(fù)合光敏劑的種類和添加量可控制煤光敏化光降解膜的降解周期。 本文的研究結(jié)果不僅對(duì)煤光敏化光降解薄膜的