华北二叠纪煤的微孔介孔特性演变及其成因探讨

本文主要探讨了华北二叠纪煤盆地中不同煤级煤的微孔和介孔演化特征以及这些特征的成因。研究团队选取了7个具有不同煤化程度的煤样，利用低压CO2吸附法和液氮吸附法对纳米孔隙进行了细致的表征，这涉及到现代技术在煤质分析中的应用，特别是对于微观结构的理解。 通过密度泛函理论、DA(Dubinin-Astakhov)、DR(Dubinin-Radushkevich)、BET(Brunauer-Emmett-Teller)和BJH(Bet-Joyner-Harvey)等方程，研究人员计算了煤样中微孔（孔径小于2纳米）和介孔（孔径在2到50纳米之间）的孔径分布、孔容和比表面积。这些参数是评价煤的物理性能和吸附能力的关键指标，对于煤炭工业和能源生产具有重要意义。 研究发现，随着煤化程度的提高，微孔的孔容和比表面积与煤的镜质体反射率呈现出高度正相关，这表明微孔在吸附过程中起着主导作用。微孔孔径分布呈现双峰模式，且各煤级煤样的曲线形态相似，其中极微孔的增长速度随着煤级的增加最为显著。 另一方面，介孔的特性有所不同。介孔的比表面积和孔容随煤级增加呈现逐渐下降的趋势，其孔径分布则表现为单峰分布。值得注意的是，煤的BET比表面积在煤级上升过程中先减少后增加，形成了一个U形曲线。这揭示了介孔形成与煤的侧链变化和基本结构单元间隙之间的关联。 微孔的形成主要受到煤的类微晶参数和芳香层片间堆垛结构的影响，这些因素决定了煤的微观孔隙结构。而介孔的形成机制则更多地与煤的侧链复杂性和基本结构单元的开放度有关，这进一步强调了煤的分子结构对其物理性质的重要影响。 这项研究不仅提供了关于煤级差异下微孔和介孔演化的新见解，也为深入理解煤的物理性质、优化煤炭利用以及确保煤炭开采过程中的安全提供了科学依据。这对于煤炭工业的发展和煤炭资源的有效利用具有实际价值。