低共熔溶剂抑制煤自燃的机理
戚绪尧1
王涛1
张兰君2
胡杰1
辛海会1
梁忠秋3
1.中国矿业大学煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室,江苏徐州 2211162.江苏海洋大学环境与化学工程学院,江苏连云港 2220053.中煤科工集团沈阳研究院有限公司辽宁沈阳 110000
摘要：化学阻化是防治煤自燃的重要手段之一,提出了一种基于低共熔溶剂(DES)的类离子液体阻化方法.首先,采用加热法制备并筛选了 7种室温低共熔溶剂,分析了不同DES处理后煤样的官能团及热力学特性变化规律,在此基础上采用密度泛函理论分析了 DES中氢键强度对煤理化性质的改性差异,推导了低共熔溶剂的阻化机制及其最佳氢键强度.研究结果表明:DES处理后煤中氢键网络被破坏重排,脂肪烃与芳香烃相对丰度增加了 10％～37％,脂肪族支链结构参数降低了 9.38％～20.65％,含氧官能团(C=O和C—O)相对丰度下降了 22.88％～56.94％,游离的小分子化合物和矿物质被溶出.DES处理后煤的蒸发脱附阶段质量损失和吸氧增重阶段的吸氧量减小,低温氧化阶段和热分解阶段放热量降低,减小幅度分别为8.94％～77.51％和5.40％～26.20％.氢键受体(HBD)作用点位电负性越强,与氢键供体(HBA)形成的DES团簇氢键强度越大.DES中氢键强度与煤中氢键网络破坏程度呈正相关关系,与吸氧增重阶段的吸氧量和低温氧化放热量及矿物质脱除率呈局部相关性.DES通过溶解煤中活性成分削弱煤的低温氧化强度.并通过促进氢键重排,将低热稳定性氢键转换为热稳定性更高的环状氢键四聚体和OH—N氢键,以此提高煤的断键吸热量.但过高的氢键强度将会抑制活性侧链的脱除和溶解,因此抑制煤自燃的低共熔溶剂的最佳氢键强度应控制在69.45～160.00 kJ/mol.
关键词：低共熔溶剂煤自燃量子化学计算氢键
分类号：TD75(矿山安全与劳动保护)X936(安全工程)
资助基金：国家自然科学基金(52174219)国家自然科学基金(51774275)国家自然科学基金(U1810106)
论文发表日期：2024-04-28
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：14( 1917-1930 )
英文信息