作者单位
摘要
1 安徽理工大学材料科学与工程学院, 安徽 淮南 232001
2 Department of Civil and Environmental Engineering, University of Houston, Houston Texas 77204, USA
掌握炼焦煤中有机硫的禀赋特征, 认知微波对煤中有机硫结构的化学作用机制, 对丰富煤炭脱硫理论体系, 优化煤炭微波脱硫工艺, 开发煤精细加工新技术具有重要意义。 应用XPS和XANES表征炼焦煤中有机硫的主要赋存结构类型及其相对含量, 基于煤密度特性的差异, 探索有机硫类型及其含量的变化规律。 选择苯并噻吩和3-噻吩甲酸两种模型化合物, 分别进行915和2 450 MHz频率微波辐射实验, 通过Raman光谱研究模型化合物中含硫结构的变化特征, 利用Materials Studio进行量子化学模拟, 计算不同方向外加能量场作用下模型化合物的构型参数, 比较微波辐射前后, 模型化合物构象变化, 解析煤中含硫化学键对微波能量的响应机制。 XPS和XANES表征结果显示, 炼焦煤中硫以有机硫为主, 噻吩是煤中最主要的有机硫赋存形式。 随着炼焦煤密度级的增加, 噻吩硫相对含量逐渐减小, 硫醇(醚)和(亚)砜相对含量逐渐增大, 三类有机硫赋存含量趋于平均。 施加不同方向的外加能量场后, 苯并噻吩和3-噻吩甲酸中含硫化学键键长和键级变化不明显, 说明微波能量场对化学键的拉伸和扭转作用有限, 但是, 对模型化合物分子结构中的键角和偶极矩具有影响, 并且, 不同的能量场施加方向对键角和偶极矩的影响效果不一样。 Raman谱图分析显示, 915和2 450 MHz频率微波辐射后, 模型化合物中含硫化学键振动峰都出现了红移。 因此, 微波辐射影响了模型化合物微环境局部结构, 改变了其分子构型和分子极性, 减小了晶格的振动恢复力, 削弱了原子间的相互作用力, 促进了含硫化学键的断裂及硫的解离。 同时, 发现915 MHz频率微波辐射具有比2 450 MHz更加明显的作用效果。
炼焦煤 有机硫 微波 Coking Coal Microwave Thiophene XPS Mechanism of action XANES Raman 
光谱学与光谱分析
2020, 40(4): 1321

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