第二章煤结构1选读.ppt

第二部分 第三章：煤的结构 第三章 煤的结构 主要内容： （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 研究煤结构的方法主要有 （1）物理研究法 主要是利用高性能的现代分析仪器，如红外光谱仪、核磁共振仪、X－射线衍射仪、扫描电镜等对煤结构进行测定和分析，从中获取煤结构的信息。 （2）物理化学研究法 利用溶剂萃取手段，将煤中的组分分离并进行分析测定，以获取煤结构的信息。 （3）化学研究法 对煤进行适当的氧化、氢化、卤化、水解等化学处理，对产物的结构进行分析测定，推测母体煤的结构。此外煤分子上的官能团也可以采用化学分析的方法进行测定。 可用于研究煤结构的仪器主要有： 第二节 煤的大分子结构 1. 煤的大分子构成 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的结构，但又不同于一般的聚合物，它没有统一的聚合单体。 煤的大分子是由多个结构相似的“基本结构单元”通过桥键连接而成。 这种基本结构单元类似于聚合物的聚合单体，它可分为规则部分和不规则部分。 1.2．基本结构单元的不规则部分 基本结构单元的缩合环上连接有数量不等的烷基侧链、官能团和桥键。 1.2.2? 官能团 煤分子上的官能团主要是含氧官能团，有羟基（–OH）、羧基（–COOH）、羰基（=C=O）、甲氧基（–OCH3）等。 1、甲氧基（—OCH3）：消失得最快，在年老褐煤中就几乎不存在了。 2、羧基（—COOH）：褐煤的典型特征，到了烟煤阶段，羧基的数量大为减少，到中等煤化程度的烟煤时，羧基已基本消失； 3、羟基（—OH） 羟基和羰基在整 个烟煤阶段都存在，甚 羰基（ C O ） 在无烟煤阶段还会发现 4、醚键（—O—）： 非活性状态存在 煤中除含氧官能团外，还有少量的含氮官能团和含硫官能团。 含氮官能团主要是吡啶和喹啉的衍生物和胺基（–NH2）等； 含硫官能团多以硫醇（–SH）、硫醚（R–S–R?）、和二硫化物（–S–S–）等形式存在。 1.2.3 桥键 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－； 芳香碳－碳键:Car－Car等桥键实现的。 2. 煤的结构参数 （1）芳碳率（fa）：是指煤的基本结构单元中属于芳香族结构的碳原子数与总碳原子数之比，fa＝Ca/C。 （2）?芳氢率（fH）：是指煤的基本结构单元中属于芳香族结构的氢原子数与总氢原子数之比，fa＝Ha/H。 （3）芳环数（Ra）：是指煤的基本结构单元中芳香环数的平均数量。 3.1 来源 （1）成煤植物（如树脂、树蜡、萜烯等） （2）成煤过程中形成的未参与聚合的化合物以及形成的低分子聚合物。 主要通过氢键力和范德华力结合 3.2 种类 （1）烃类 ：主要是正构烷烃，碳链长度从C1～C30以上不等，甚至还有发现C70的报道，此外还有少量环烷烃、长链烯烃以及1～6环的芳烃，但主要是以1～2环芳烃为主。 （2）含氧化合物： 含氧化合物有长链脂肪酸、醇、酮和甾醇类化合物等。 含硫化合物主要是噻吩、苯并噻吩、二苯并噻吩、萘并噻吩以及它们的C1-4 烷基取代衍生物。 第三节 煤的结构模型 1.3 Fuchs模型： 20世纪60年代以前提出，主要采用化学方法研究，得出一些定性的概念。 由很大的蜂窝状缩合芳香环和在其周围任意分布着以含氧官能团为主的基团组成。 缩合核很大； 没有含硫结构； 含氧官能团的种类不全。 2、物理结构模型 2.1 Hirsch模型 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”比例教大。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）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。 （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