准格尔褐煤分子结构模型构建及其分子模拟
张志军
商秀琳
魏中奇
汤迪
李贞庆
中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京 100083
摘要：构建和解析煤炭分子模型,有助于深入了解其微观结构与反应规律.首先,运用元素分析、傅里叶红外光谱(FTIR)、固体核磁共振碳谱(13C-NMR)、X射线光电子能谱(XPS)等技术,结合分子模拟,全面且系统地对准格尔地区的褐煤分子结构进行了研究.然后,构建了准格尔褐煤的二维结构模型;利用Material Studio 2020软件对平面模型实施了几何优化处理,在加氢饱和、结构优化和退火动力学模拟后,化学键扭曲,能量显著降低,生成三维结构模型.最后,进一步进行密度模拟,通过势能与密度的关系,确定最优密度并构建聚集态模型.研究结果表明:准格尔褐煤的桥碳和周碳比值(XBP)为 0.12,芳香结构以苯环为主,氧原子主要以酚羟基形式存在,而氮元素则主要分布在吡咯结构中,由于硫含量较低,模型中忽略了硫的影响;煤结构的稳定性主要由扭转能和范德华能主导;确定模型最优密度为 1.1 g/cm3,与实测值吻合,将 40个大分子模型组装为聚集态结构,并通过分子力学和动力学优化,显示分子间与分子内作用力导致芳香层片扭曲变形,形成较为杂乱的结构.该研究通过密度模拟提升了模型的可靠性,为从分子尺度深入探讨褐煤特性奠定了坚实的理论基础.
关键词：煤分子结构表征褐煤分子结构模型聚集态模型红外光谱核磁共振碳谱X射线光电子能谱模型最优密度
分类号：TD94(选矿)TQ127.11(非金属元素及其无机化合物化学工业)
资助基金：国家自然科学基金(52274281)中央高校基本科研业务费资助项目(2024JCCXHH03)国家重点研发计划(2022YFB4100900)
论文发表日期：2024-12-25
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：8( 7-14 )
英文信息