伊敏煤热解过程中化学结构演化特征的原位拉曼光谱

TQ533; 我国低煤阶煤储量丰富,因此实现低煤阶煤的高效利用是当前我国能源产业发展的重要方向.近年来的研究发现,利用低煤阶煤制备石墨可能是低煤阶煤高效利用的途径之一,而低煤阶煤化学结构在线演化特征的深刻理解是低煤阶煤石墨化机制了解的基础.基于此,以伊敏煤为研究对象,对其进行了原位拉曼光谱(Raman)及热重/质谱联用(TG/MS)测试,并运用分峰拟合软件对各原位拉曼光谱谱图进行了分峰拟合,在此基础上计算了拉曼结构参数.结果表明,随温度升高,拉曼参数表现出明显的阶段性变化特征,而且与热解产物的生成密切相关.当热解温度低于300℃时,拉曼参数As/AAll明显减小,A(GR+VL+VR)/AG,FWHM-D,FWHM-G与 AD/AG增加,这是由于煤热解在这一阶段以煤中物理吸附的水、气体的膨胀及氢键的断裂为主,导致大量无定形结构暴露,结构有序度降低;第2阶段为300～700℃,此阶段体系中发生剧烈的解聚和分解反应,CO2及烃类产物大量生成,拉曼参数FWHM-D,FWHM-G,AS/AAll和 AD/AG急剧减小,而A(GR+VL+VR)/AD和A(GR+VL+VR)/AG增大,表明芳香族取代基的脱落以及连接大芳香环间的各种桥键断裂导致大芳香环结构减少,而小芳环结构增多,同时因缺陷结构大量减少导致结构有序度增加;第3阶段发生在700℃后,FWHM-D,FWHM-G,A(GR+VL+VR)/AD和A(GR+VL+VR)/AG减小,AD/AG和AS/AAll值增加,该阶段煤热解以芳环缩聚脱氢为主,导致6个或6个以上稠环比例相对增加,交联密度增大,且由于缺陷结构的大量脱除,微晶结构定向排列明显增加,无定形碳结构向有序性转化.这些结果是深入理解低煤阶煤变质作用及石墨化作用机制的基础.