不同煤级煤^13CNMR结构特性及演化特征.pdf

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1、第38卷第4期煤炭转化VolI38No．42015年1O月C0ALC0NVERS10NOct．2015不同煤级煤CNMR结构特性及演化特征麻志浩”阳虹。张玉贵。毕文彦摘要基于固体核磁共振(CNMR)测试方法，对五类不同煤化程度的1O种煤样进行分析测试，对谱图分峰后所得的结构参数进行研究，揭示了不同煤化程度煤中各官能团的存在形式及内在联系，阐明了各官能团结构演化规律．结果表明，脂肪碳和芳香碳含量整体呈互补关系，随煤化程度的加深，脂碳率下降，芳碳率上升．氧接芳碳和侧支芳碳含量减少，氧接脂碳含量增加；受煤化程度、构造应力和破坏类型等多方面因素的影响，其他结构参数变化趋势并不明

2、显．关键词构造煤，煤化程度，核磁共振中图分类号TQ531．1，TQ533．6两类煤体之间结构的差异及变化规律，追踪各煤级0引言煤岩组分演化过程，以期为瓦斯灾害的预测与治理煤体结构的认识不仅是煤化学方向的重点，而提供理论依据，同时有利于煤矿煤层气勘探与开发且对于煤与瓦斯突出、煤层气的勘探与开发也具有工作的进行．重要的理论价值和实际意义．[1煤的结构组成研究1实验部分包括物理方法、化学方法及物理化学方法，后两者通过解析煤中代表性碎片来推测、认识煤的结构，因化1．1样品学方法可能破坏煤体结构，且部分化学键反应性较实验采用涉及低、中、高三种煤化程度不同煤级弱，故化学方法测定难度

3、很大．[4核磁共振技术具有代表性的五类原生结构煤(R)和构造煤(T)，分(NMR)是煤的物理研究方法之一，可实现煤的非破别为邹庄气煤(Q)、平顶山肥煤(F)、焦煤(J)、鹤壁坏性研究，是研究固体煤和液化产物的有力手瘦煤(S)和贫煤(P)．将煤样粉碎至200目以下，为段．1_5]1。CNMR谱在煤化学领域应用尤为广泛，具消除煤中铜和铁等金属磁性物质对核磁谱的影响，有分辨率高、可提供大分子骨架以及非质子相连基对各煤样用盐酸进行脱矿处理，灰分降至1以下，团信息的优点．一些学者利用NMR谱分析了煤中放于8O℃的真空干燥箱中干燥24h后供测谱用．某类基团与化学位移的关系_4]，研

4、究了变形结构所得煤样的工业分析和元素分析见第2页表1．煤在不同性质应力作用下的石墨化机理_7]，探讨了1．2"CNMR实验不同环境及应力作用下变形煤的结构演化特¨CCP／MAS固体核磁共振分析在瑞士Bruker征[g。，同时，尝试将核磁共振成像技术应用于煤层AVANCEIII600MHz全数字化超导核磁共振波气的勘探与开发[1等领域．目前，有关不同煤级原谱仪上完成，配有超超屏蔽磁体，5mmCPTCI三共生结构煤与构造煤之间化学结构的异同尚未达成共振反式超低温探头，高分辨BBO正相观察宽带探识，对二者之间结构差别的认知将为预测煤与瓦斯头，Z方向脉冲梯度场，ATM自动调谐／

5、匹配附件，以及煤层气(瓦斯)的生、排、运、储等方面提供重要变温单元．4mmMAS探头，ZrO。转子，魔角旋转的信息．本实验以不同煤级的原生结构煤和构造煤速度为9000Hz，光谱宽度45454Hz，光谱频率为研究对象，在测定坞CNMR谱的基础上深入研究150MHz，接触时间5ms，循环时间5S．该实验在*国家“十二五”科技重大专项项目(2011ZX05040—0O5)、河南省高校科技创新团队支持计划项目(14IRTSTHN002)、高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(2013411611O006)、河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室一省部共建国家重点实验室培育基地外部

6、开放基金资助项目(WS2013A11)和河南省教育厅科学技术重点研究项目(14A440008)．1)硕士生；4)讲师，河南理工大学物理化学学院，454000河南焦作；2)副教授(通信作者)，河南理工大学物理化学学院，454000河南焦作；中原经济区煤层(页岩)气河南省协同创新中心，454000河南焦作；河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室一省部共建国家重点实验室培育基地，河南理工大学，454000河南焦作；3)教授、博士生导师，中原经济区煤层(页岩)气河南省协同创新中心，454000河南焦作；河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室一省部共建国家重点实验室培育基地，河南理工大学

7、，454000河南焦作收稿日期：2014—12—19；修回日期：2015—03—25煤炭转化中国科学院山西煤炭化学研究所进行．”CNMR谱图利用origin软件进行分峰处理，1．313CNMR谱图解析与定量分析各化学位移对应的碳原子归属见表2．_1表1煤样的工业分析和元素分析(％“。空气干燥基)Table1Proximateandultimateanalysisofcoal(”，ad)表2煤的”CNMR谱中化学位移的归属Table2Assignmentofchemicalshiftof。CNMRspectraforcoalChemical