基于原子力显微镜观测的煤中显微组分微观形貌与孔隙结构
张小梅
王绍清
陈昊
邓金松
霍立琦
中国矿业大学(北京) 地球科学与测绘工程学院, 北京 100083
摘要：煤炭既是重要的能源资源,也是潜在的材料原料.作为能源时,煤的物理结构在其综合利用及转化中有不可忽视的作用,如煤中孔隙结构对煤层气的储存、吸附、运移、解吸等有关键性作用.作为材料原料时,能为高精尖产业提供优质原料来源,如煤基石墨、煤基石墨烯等.显微组分是煤的主要成分,对煤的属性及其应用贡献巨大.以榆横矿区小纪汗煤矿2号煤层样品(XJH)为研究对象,对煤中显微组分开展原子力显微镜(AFM)观测,分析镜质组、半丝质体和丝质体的微观形貌和孔隙结构特征,为该区煤的清洁高效利用夯实基础.结果显示,XJH煤显微组分的微观形貌以粒状结构为主,表面颗粒呈不同规则程度圆形或椭圆形随机分布;镜质组表面颗粒的功率谱密度分形维数Ds最大,颗粒空间充填能力和高低起伏程度大,随机性强,微观结构较复杂.半丝质体次之.丝质体Ds最小,颗粒分布较疏散,起伏程度较缓,微观结构较镜质组和半丝质体简单.孔隙结构方面,镜质组孔隙平均孔径和面积最小,但孔隙数量最多,且贡献主要来自孔径<2 nm的微孔,镜质组孔隙结构更利于煤层气的吸附和储存;惰质组平均孔径和面积大于镜质组,但孔隙数量更少,这是惰质组中孔径2～50 nm的介孔数量较多所致,惰质组的孔隙结构能为煤层气的扩散提供有利通道.惰质组中半丝质体和丝质体的孔隙结构都主要由介孔贡献,但半丝质体孔隙分形维数D较大,即半丝质体孔隙不规则程度较丝质体大.
关键词：煤结构显微组分微观形貌孔隙结构原子力显微镜(AFM)
分类号：TQ530(煤化学及煤的加工利用)
资助基金：国家自然科学基金(42072196)国家自然科学基金(42030807)
论文发表日期：2023-04-25
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：6( 127-132 )
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