作者单位
摘要
北京大学地球与空间科学学院, 造山带与构造演化教育部重点实验室, 北京 100871
变质程度高、 碳含量高的无烟煤是生产活性炭的主要煤种。 无烟煤的结构特征在其材料方向开发利用中起着决定性作用, 可以通过化学氧化的方法对煤的结构进行定向优化。 以云南昭通地区天然高碳低灰无烟煤为原料, 采用硝酸/硫酸酸浸氧化法制备了氧化无烟煤。 使用X射线衍射(XRD)、 拉曼光谱(Raman)和衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)对产物进行结构和谱学特征研究。 结果表明, 无烟煤具有介于石墨和无定形碳之间的类石墨微晶结构; 相较于烟煤和褐煤, 无烟煤微晶堆叠高度(Lc)、 微晶直径(La)较大, 结构有序度介于低变质煤和石墨之间。 无烟煤的氧化经过两个主要过程, 微晶片层边缘被氧化卷曲破坏引起片层平均直径La减小。 新的CO键在片层边缘生成, 硫酸与硝酸进入片层边缘层间域。 H2SO4和HNO3作为插层剂进入无烟煤微晶碳中, 层间距d(002)由原煤的0.351 nm增长到了0.361 nm。 原有的微晶片层被剥离开, 微晶片层的堆叠层数, 由6下降到4.5, Raman光谱中ID1/IG相较于原煤增大(1.9→2.0), G峰的半峰宽(FWHM)升高(63→68), D2峰的强度提高(10.26→13.78)。 大量新的—C—O—, CO和—NO2键生成, 富氧程度参数大幅提高(0.11→0.42)。 经过混酸处理的氧化无烟煤, 芳香度fa提高, 结构有序度降低, 新增了大量反应活性点, 在无烟煤基多孔炭材料开发等领域具有很大潜力。
无烟煤 酸浸氧化 拉曼光谱 Anthracite Acid leaching and oxidizing XRD XRD Raman spectroscopy ATR-FTIR ATR-FTIR 
光谱学与光谱分析
2016, 36(11): 3698

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