神府超细煤粉低温热氧化降解特性研究

论文摘要

本文旨在通过对煤热催化氧化降解特性的研究,为煤基降解复合材料的制备提供理论基础。利用盐酸脱灰处理的神府煤（ASFC）为原料,采用重液分离方法得到不同密度级神府超细煤粉（d2:1.351.375g.cm-3 d3: 1.3751.4g.cm-3 d4:1.4g.cm-3以上）。应用离子交换方法,制得了以煤为载体的担载有过渡金属离子和纳米 TiO2 催化剂的热氧化降解反应样品。在热重分析仪和自制的固定床反应器上,研究了神府煤不同密度级组分热氧化反应性的差异及其不同催化剂对其热氧化降解反应性的影响,并进一步探讨了其热氧化反应动力学。 应用 FTIR,元素分析及 TG 分析和固定床反应器,研究了不同密度级煤样的结构及其热氧化反应性。TG 分析表明不同密度级煤样的热氧化失重反应活性不同,热氧化失重活性顺序依次为 d2>d3～d4。在固定床反应器中,热氧化失重活性顺序依次为d2>d3>d4 而 CO2 释放的反应活性顺序为:d4>>d3～d2。这主要归因于 d2 和 d3 组分相对于 d4 和 ASFC 具有较高脂肪结构,H/C 元素比较高,矿物质含量低。d2 与 d3 组分由于 H/C 比高,热氧化活性主要表现为分解产生 CO2的同时,还有其它低分子烃类产生,d4 组分由于矿物质含量高,矿物质在这些组分的热氧化反应中对 CO2 的生成起到一定的催化作用,导致其有较高的 CO2产率。 分别采用液相离子交换方法和固相力化学离子交换方法制得担载有不同过渡金属离子和 TiO2的 ASFC 及其不同密度级煤样研究样品,TG 分析研究表明:就这些离子交换样的热氧化失重活性而言,机械力固相交换法优于液相离子交换法。在所研究的温度范围内,在液相离子交换法制得的担载有金属离子和 TiO2 的研究煤样的热氧化反应性研究结果表明:钴离子对于不同组分热氧化降解失重活性的阻化作用最大;机械力固相离子交换法制得的担载的 TiO2+Ni 复配的催化剂的 d3 组分表现出较高的热氧化降解失重活性;固定床反应器热氧化降解反应研究表明:机械力固相离子交换法制得的担载有TiO2 的 d3 组分热氧化失重催化活性最好。 利用红外光谱、溶胀度和腐植酸含量等测试方法对固定床反应器中氧化前后煤样结构和性质进行了表征,结果表明:ASFC 及不同密度级组分中的与芳香环相连的亚甲

论文目录

• 1 绪论
• 1.1 煤低温氧化降解研究的意义
• 1.2 影响煤低温氧化性能的因素
• 1.2.1 煤的结构
• 1.2.2 水分
• 1.2.3 煤中的矿物质
• 1.2.4 外加金属离子
• 1.3 煤低温氧化的机理研究
• 1.4 煤低温氧化的动力学研究
• 1.5 煤低温氧化的研究方法
• 1.5.1 利用溶剂抽提来研究煤的低温氧化
• 1.5.2 热重分析
• 1.5.3 热量分析
• 1.5.4 气体分析
• 1.6 本课题的研究思路和技术路线
• 1.6.1 本课题的研究思路
• 1.6.2 本课题的技术路线
• 2 神府超细煤粉不同密度级组分的结构与性能
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验设备及仪器
• 2.1.2 实验原料及试剂
• 2.1.2 神府超细煤的脱灰处理
• 2.1.3 配制重液
• 2.1.4 不同密度级煤粉的制备
• 2.1.5 纳米二氧化钛的制备
• 2.1.6 阳离子担载煤样的制备
• 2.1.7 样品红外光谱分析
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 神府超细煤粉不同密度级组分的分离条件
• 2.2.2 不同密度级神府超细煤粉的结构
• 2.2.3 不同密度级神府超细煤粉的物理性能
• 2.3 小结
• 3 低温氧化降解过程的热重分析研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验设备及仪器
• 3.1.2 实验原料
• 3.1.3 热重分析
• 3.1.3 FTIR 分析
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 ASFC 及其不同密度级组分的热氧化降解性质
• 3.2.2 担载离子对煤样热氧化降解过程的影响
• 3.2.3 煤热氧化降解反应的机理和动力学
• 3.3 小结
• 4 煤固定床反应器中热氧化降解研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验仪器及方法
• 4.1.2 实验原料
• 4.1.3 产物的定量分析
• 4.1.4 煤样低温热氧化机理分析
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 不同煤样的低温氧化反应性
• 4.2.2 低温氧化对不同煤样溶胀度和腐植酸含量的影响
• 4.2.3 煤低温热氧化降解的机理及宏观动力学
• 4.3 小结
• 5. 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录