微生物厌氧代谢产物对无烟煤纳米孔隙的关键影响

该篇论文主要探讨了无烟煤在厌氧代谢条件下，特别是由微生物厌氧降解过程中产生的代谢产物对其纳米孔隙结构的影响。研究采用了山西沁水盆地寺河矿的无烟煤作为实验底物，并利用寺河矿煤层气井中的原位真菌与产甲烷菌混合菌群进行厌氧降解实验。通过添加2-溴乙烷磺酸钠（BES）作为抑制剂，可以控制生物甲烷的生成，从而更有效地观察微生物对煤的生物降解作用。 在微生物的厌氧降解过程中，研究发现残余煤的总孔容和比表面积有所下降，这表明生物降解导致了煤孔隙发育的减少。然而，孔隙的分形维数D1（小于2纳米）和D2（2至10纳米）有所增加，这揭示了微生物活动导致的孔隙表面粗糙度增加和复杂度提升。这一结果强调了厌氧代谢产物在影响煤孔隙结构形成中的关键作用。 同时，微生物厌氧降解改变了煤中可溶有机物质的组成和含量。实验显示，降解后的煤中芳香族含氧衍生物和杂环有机物的含量显著增加，特别是对甲酚这类化合物。添加BES促使更多新产生的可溶有机质留在煤中，进一步影响了煤的结构特性。值得注意的是，芳香族含氧衍生物的含量与煤的总孔容和比表面积呈负相关，而与孔隙分形维数D1和D2呈正相关，这表明其在孔隙形态演变中扮演着重要角色。 这项研究揭示了厌氧代谢产物在无烟煤生物降解过程中的动态作用，不仅影响煤的微观结构，还影响了可溶有机质的积累和分布，这对于理解煤炭资源的性质变化以及优化生物成因煤层气开采策略具有重要意义。未来的研究可以进一步探讨不同类型的微生物群体和代谢产物对煤纳米孔隙的具体影响机制，为煤炭的绿色开采和环境保护提供科学依据。