高阳炼焦煤结构特性探究：13C CP/MAS-NMR, FTIR, XPS光谱分析

"高阳炼焦煤的碳、氧结构研究主要通过13C交叉极化/魔角旋转-核磁共振(13C CP/MAS-NMR)、傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等光谱学方法进行。这些技术用于解析煤的芳香结构、脂肪结构、羟基基团和含氧官能团的特征，并计算煤结构单元的基本参数，如芳碳率、芳氢率和芳核平均结构尺寸(Xb)。研究显示，高阳炼焦煤的芳碳率在0.73到0.77之间，芳核平均结构尺寸Xb为0.43。主要的芳香烃结构为苯环五取代、四取代和三取代，分别占41.42%、30.65%和19.82%。脂肪烃中亚甲基比例最高，达41.85%，其次是甲基和次甲基。含氧官能团中，羰基和酚羟基最为显著，它们与芳环上的π电子形成羟基π氢键，占总羟基的73.20%。在分子模型中，芳香烃碳原子数量为118，脂肪烃碳原子为25到32，各种碳类型的分布表明煤中烷基侧链和环状脂肪烃丰富。氧原子总数为7，羰基和酚羟基占据6个，其余1个氧原子参与醚氧键或有机硫的砜或亚砜结构。" 这篇研究论文详细探讨了山西高阳地区的炼焦煤的碳、氧结构特性，采用了一系列先进的光谱分析技术。13C CP/MAS-NMR被用来揭示煤的化学结构，特别是芳香碳的分布和类型，这对于理解煤的热解和炼焦过程至关重要。傅里叶红外光谱(FTIR)则提供了关于煤中不同官能团如羟基、羰基和酚羟基的信息，这些官能团对煤的反应性和物理性质有直接影响。X射线光电子能谱(XPS)进一步解析了煤表面的元素组成和化学状态。 研究表明，高阳炼焦煤的芳香结构主要由五取代、四取代和三取代的苯环构成，这些结构对煤的热稳定性、黏结性和炼焦性能有很大影响。同时，发现煤中含有丰富的脂肪烃，以亚甲基为主，这表明煤中可能含有大量的烷基侧链，这将影响其燃烧和转化性能。含氧官能团，尤其是羰基和酚羟基，对煤的氧化和酸性有显著影响，它们与芳环的相互作用影响了煤的溶剂抽提性和化学反应性。 此外，研究者通过构建分子模型，给出了煤中各类型碳和氧原子的大致数量，这为进一步精细化模拟煤的大分子结构提供了基础。然而，为了构建更精确的模型，需要对煤中的硫、氮等杂原子进行深入分析。这一研究对于优化炼焦工艺、提高煤炭资源的利用效率和减少环境污染具有重要意义。