构造煤微观结构与甲烷吸附相关性研究

【摘要】：构造煤研究是瓦斯地质学科核心内容,构造煤是发生煤与瓦斯突出的必要条件。构造煤在形成的过程中会受到不同的构造作用,这些构造作用使煤体形状发生了变化,包括宏观变形也和微观变形。前人在煤的宏观方面对甲烷吸附的影响方面研究较多,而在煤的微观结构对甲烷吸附的影响方面研究较少,所以本文从煤的微观结构入手,分析了构造作用对煤的微结构变化的影响,探讨煤的微观结构与甲烷的吸附相关性。 本论文以煤微观结构为核心,选取了切层剪切型、顺层剪切型2类共12套构造煤和共生原生结构煤样品进行研究。具体包括:(1)通过核磁共振技术(NMR)获得不同类型煤的13C NMR高分辨谱图,借助波谱拟合和峰位解叠,获得芳碳率fa的相对含量,构造煤fa含量均大于原生结构煤,平顶山五矿相差0.8%;平顶山八矿相差1.1%,鹤壁六矿相差为21.7%。在顺层剪切型构造煤中,断层处煤样fa大于两盘煤样,并且fa随着与断层距离的增大而减小,最大相差25.9%。(2)通过红外光谱技术(FT-IR)获得不同类型煤的红外光谱图,获得了各个官能团的峰位信息,比较了μC H2等的峰位变化。最大蓝移由2919.99cm-1变为2915.64 cm-1。(3)通过索氏萃取实验获得不同构造作用下煤的低分子化合物,并对原煤及其萃余物进行氮吸附和扫描电镜实验,探讨了样品的表面形貌、空隙、孔径分布对气体吸附的影响。根据煤中的官能团选取了适当的类煤模型化合物进行等温吸附实验,测定了不同的官能团对甲烷吸附的强弱。通过上述研究表明:不同的破坏作用下,构造煤结构和组成会有所不同,构造作用会加速煤体的芳构化。低分子化合物存在于煤体的孔隙之中,通过溶剂萃取,抽提出低分子化合物之后,煤体孔隙增大和增多,有利于吸附甲烷。但通过比较氯仿萃余物个四氢呋喃萃余物后,得知并非溶出的低分子化合物越多,吸附量越大。四氢呋喃的萃取产率高于氯仿,但液氮的吸附量低于氯仿,又由扫描电镜来观察,煤体吸附气体主要在微孔之中,四氢呋喃萃余物的孔隙扩张比较大,微孔量减少,不利于吸附气体。通过对类煤模型化和物的等温吸附实验,得知所选取的含氧官能团中,官能团的数量越多对吸附越有利;其中酸酐基团的吸附能力较强。 【关键词】：构造煤 原生结构煤 切层剪切 顺层剪切 煤结构 溶剂萃取 吸附活化 模型化合物
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：P618.11
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状分析10-17
• 1.3 研究方法与研究内容17-18
• 1.3.1 研究方法17
• 1.3.2 研究内容17-18
• 1.4 研究路线18-19
• 2 切层剪切型构造煤微观结构特征19-33
• 2.1 引言19
• 2.2 煤有机质13C NMR 波谱特征与结构解析19-25
• 2.2.1 实验测试19-20
• 2.2.2 煤有机质核磁共振波特征20-21
• 2.2.3 煤有机质核磁共振波谱解析21-25
• 2.3 煤有机质FT-IR 波谱特征与解析25-28
• 2.3.1 实验测试25-26
• 2.3.2 煤有机质FT-IR 波谱特征26-28
• 2.3.3 煤有机质FT-IR 波谱解析28
• 2.4 煤有机质溶剂萃取实验28-31
• 2.4.1 样品与实验28-31
• 2.4.2 煤有机质溶剂萃取实验分析31
• 2.5 小结31-33
• 3 顺层剪切型构造煤微观结构特征33-41
• 3.1 引言33
• 3.2 煤有机质13C NMR 波谱特征与结构解析33-36
• 3.2.1 实验测试33-34
• 3.2.2 煤的核磁共振波谱特征34-35
• 3.2.3 煤的核磁共振波谱解析35-36
• 3.3 煤有机质FT-IR 波谱特征与解析36-39
• 3.3.1 实验测试36
• 3.3.2 煤有机质FT-IR 波谱特征36-39
• 3.4 小结39-41
• 4 构造煤甲烷吸附性研究41-57
• 4.1 引言41
• 4.2 实验测试41-54
• 4.2.1 煤样等温吸附实验41-44
• 4.2.2 煤萃余物比表面积测定44-46
• 4.2.3 煤样扫描电镜实验46-51
• 4.2.4 类煤模型化合物量子化学研究51-53
• 4.2.5 模型化合物等温吸附实验53-54
• 4.3 结果与讨论54-56
• 4.3.1 煤样等温吸附实验分析54-55
• 4.3.2 煤萃余物比表面积标定55
• 4.3.3 扫描电镜特征55-56
• 4.3.4 类煤模型化合物等温吸附特征56
• 4.4 小结56-57
• 5 结论与展望57-59
• 5.1 结论57-58
• 5.2 展望58-59
• 参考文献59-63
• 作者简历63-65
• 学位论文数据集65

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