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第二章：煤的结构Coal structure  第二章 煤的结构Coal structure Main contents： （1）煤分子结构是如何构成的？ （2）煤结构模型？ （3）煤分子结构理论 第二节 煤的大分子结构 1. 煤的大分子结构 macromolecular structure 煤是由分子量不同、分子结构相似但又不完全相同的一组“相似化合物”的混合物组成的。煤的结构十分复杂，一般认为它具有高分子聚合物(polymer)的结构，但又不同于一般的聚合物，它没有统一的聚合单体(monomer) 。 1.2．基本结构单元的不规则部分 基本结构单元的缩合环condensed rings/polymerized rings上连接有数量不等的: 烷基侧链alkyl side-chains/aliphatic side-chains 官能团functional groups 和桥键bridge bonds。 1.2.2? 官能团 functional groups 煤分子上的官能团主要是： （1）含氧官能团(Oxygen containing functional groups )，如： 羟基（–OH）；羧基（–COOH）；羰基（C=O）；甲氧基（–OCH3）；氧醚等。 煤中含氧官能团随煤化程度提高而减少。其中甲氧基消失得最快，在年老褐煤中就几乎不存在了；其次是羧基，到中等煤化程度的烟煤时，羧基已基本消失；羟基和羰基在整个烟煤阶段都存在，甚至在无烟煤阶段还有发现。 1.2.3 桥键 bridge bonds 煤的大分子是由若干基本结构单元连接而成，结构单元之间的连接是通过次甲基键－CH2－、－CH2－CH2－；醚键―O－；硫醚键－S－、 －S－S－； 次甲基醚键 －CH2－O－、－CH2－S－；以及芳香碳－碳键Car－Car等桥键实现的。 第三节 煤的结构模型Structure models 2、物理结构模型 2.1 Hirsch模型(Physical Structure models) Hirsch模型将不同煤化程度的煤划分为三种物理结构。 （1）敞开式结构： 属于低煤化度烟煤，其特征是芳香层片小，不规则的“无定形结构”比例较大。芳香层片间由交联键连接，并或多或少在所有方向上任意取向，形成多孔的立体结构。 2、物理结构模型 2.1 Hirsch模型(Physical Structure model) （2）液态结构： 属于中等煤化度烟煤，其特征是芳香层片在一定程度上定向，并形成包含两个或两个以上层片的微晶。层片间的交联大大减少，故活动性大。这种煤的孔隙率小，机械强度低，热解时易形成胶质体。 2、物理结构模型 2.1 Hirsch模型(Physical Structure model) （3）无烟煤结构： 属于无烟煤，其特征是芳香层片增大，定向程度增大。由于缩聚反应剧烈，使煤体积收缩，故形成大量孔隙。 2.2 两相模型(Host-guest model) 两相模型又称为主—客模型。认为煤中有机物大分子多数是交联的大分子网络结构，为固定相；低分子因非共价键力的作用陷在大分子网状结构中，为流动相。煤的多聚芳环是主体，对于相同煤种主体是相似的，而流动相小分子是作为客体搀杂于主体之中。 采用不同溶剂抽提可以将主客体分离。在低阶煤中，非共价键的类型主要是离子键和氢键；在高阶煤中，?-?电子相互作用和电荷转移力起主要作用。 第四节????煤分子结构理论的基本内容 经过科学家的大量研究，虽然还没有彻底了解煤的分子结构，但对煤的分子结构有了一个较为准确的认识： (1) 煤分子是由多个基本结构单元构成的高分子 (2) 基本结构单元的核心是缩合芳香核 (3) 基本结构单元有不规则部分：侧链和官能团 (4) 连接基本结构单元的是桥键 (5) 氧、氮、硫以官能团形式存在 (6) 低分子化合物的存在 (7) 煤化程度对煤结构的影响规律 (1)煤分子是由多个基本结构单元构成的高分子 煤不是由均一的单体聚合而成，而是由许多结构相似但又不完全相同的基本结构单元通过桥键连接而成。结构单元由规则的缩合芳香核与不规则的、连接在核上的侧链和官能团两部分构成。 (2) 结构单元的核心是缩合芳香核 缩合芳香核为缩聚的芳环、氢化芳环或各种杂环，环数随煤化程度的提高而增加。碳含量为70%~83%时，平均环数为2；碳含量