神府超细煤粉的光催化氧化性能研究

论文摘要

本文目的是研究不同密度级神府超细煤粉的光催化氧化特性,为制备煤基光降解复合材料提供理论基础。利用自制的光反应装置,对煤岩组分富集的 D2 和 D3 两个密度级煤样光氧化,测定固体产物的腐殖酸产率、溶胀度、交联点平均相对分子质量以及光氧化过程中煤样失重量与 CO2 生成量随光照时间的变化关系等,并通过红外光谱、元素分析等手段对氧化产物进行分析研究。 研究表明:不同密度级神府超细煤粉的光氧化过程均可分为三个阶段:氧化速率较快的初始期,氧化反应速度慢速降低的过渡期,氧化反应速率趋于稳定的平稳期。 矿物质富集、芳香度和芳环取代度较高的 D3 密度级组分光氧化性较弱,无机矿物和芳环的光催化性能,使其氧化产物中有较多醚类物质生成;而对于芳烃取代度较小、含有较多的亚甲基和脂肪族侧链的 D2密度级组分的光氧化性能较强。 加载稀土金属离子、过渡金属离子对煤的光氧化均有助催化作用。稀土金属离子Ce3+、La3+可大幅度加速腐殖酸的生成;过渡金属离子 Fe3+、Ni2+、Co2+特别是 Ni2+对煤光氧化降解而引起失重的促进作用最为显著;稀土离子与纳米 TiO2 的复合可大幅度增强光氧化降解效果。 光氧化反应首先发生于活性官能团,但对于神府煤表现出原生腐殖酸——光氧化降解——新生腐殖酸——光氧化降解——……的连续过程。 金属离子与腐殖酸的配位稳定作用,延缓了 CO2 的生成,但加速了腐殖酸的生成,进而起到光敏剂的作用,使煤有机质加速氧化生成羰基化合物,进一步按照Norish I 和 Norish II 机理发生断链,从而加速煤有机质的光氧化降解。

论文目录

• 1 绪论
• 1.1 煤光催化氧化的研究意义
• 1.2 煤结构与光催化氧化的研究进展
• 1.2.1 煤的结构
• 1.2.2 煤的氧化
• 1.2.3 光催化氧化降解的机理及其研究意义
• 1.3 本课题的研究内容
• 1.4 本课题的研究思路和技术路线
• 2 实验部分
• 2.1 实验仪器与原料
• 2.1.1 主要仪器与设备
• 2.1.2 主要原料与试剂
• 2.2 煤样的的制备
• 2.2.1 超细煤粉的制备
• 2.2.2 洗精煤制备
• 2.2.3 不同密度级神府超细煤粉显微煤岩组分的分离
• 2.3 光催化剂的制备
• 2.3.1 纳米二氧化钛的制备
• 2.3.2 复合二氧化钛的制备
• 2.4 煤样的光氧化降解
• 2.4.1 光催化氧化装置
• 2.4.2 煤样的氧化
• 2.5 煤光氧化气体产物C02的测定
• 2.6 煤及其光（催化）氧化固体产物的表征
• 2.6.1 红外光谱
• 2.6.2 元素分析
• 2.6.3 溶胀度的测定
• 2.6.4 腐殖酸产率的测定
• 2.6.5 离子交换性能测定
• 3 不同密度级神府超细煤粉的结构与性能分析
• 3.1 不同密度级神府超细煤粉的物理性能
• 3.2 不同密度级神府超细煤粉的结构分析
• 3.3 不同密度级神府超细煤粉体的光氧化降解特性
• 3.3.1 光氧化残留固体产物中腐殖酸的变化
• 3.3.2 光氧化过程中失重量与二氧化碳生成量随光照时间的变化
• 3.3.3 光氧化残留固体产物的碳氢元素分析及其溶胀度研究
• 3.3.4 光氧化残留固体产物的结构研究
• 3.4 不同密度级神府超细煤粉的光氧化反应机理
• 3.5 小结
• 4 担载离子对煤及其煤岩组分的光氧化助催化作用研究
• 4.1 担载离子煤粉光氧化固体产物中的腐殖酸产率
• 4.2 二氧化碳生成量与煤样失重量随时间的变化
• 4.3 担载离子煤光氧化产物的溶胀度研究
• 4.3.1 担载不同离子煤光氧化残留固体产物的溶胀度
• 4.3.2 不同光照时间煤光氧化残留固体产物的溶胀度
• 4.4 担载离子煤粉光氧化残留固体产物红外光谱分析
• 4.4.1 担载单一离子种类煤粉光氧化残留固体产物的结构
• 4.4.2 添加复合二氧化钛煤光氧化残留固体产物的结构
• 4.4.3 不同光照时间煤氧化残留固体产物中碳氢比
• 4.5 担载离子对煤的助催化作用反应机理
• 4.5.1 金属离子对煤的催化机理
• 4.5.2 纳米Ti02对煤的催化机理
• 4.6 小结
• 5 结论
• 5.1 结论
• 5.2 后续工作
• 5.3 应用展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 详细摘要