褐煤热萃取物的热解特性与热解产物分子结构关联性研究

作者：闫立东; 朱亚明^*; 程俊霞; 高丽娟; 白永辉; 赵雪飞^*

来源：光谱学与光谱分析, 2023, 43(03): 962-968.

• 热解萃取
• FTIR分峰拟合
• 分子结构参数
• 热解特性

低阶煤的热解萃取处理是低阶煤高附加值利用的有效方法之一，开展低阶煤热萃取物的热解特性研究，对低阶煤清洁、高效转化具有重要意义。采用热重分析与红外光谱联用(TG-FTIR)技术，结合分峰拟合数学方法，开展褐煤热萃取物(CPW)热解过程活化能与热解逸出气分子结构参数的关联性探索。以CPW为研究对象，采用非等温动力学方法开展热解动力学研究，运用无模式函数法(Flynn-Wall-Ozawa法和Kissinger-Akahira-Sunose法)计算CPW不同转化率(α)下的活化能(Ea),得到热解过程(0.20≤α≤0.80)的活化能介于94.04和177.40 kJ·mol-1范围之内，平均活化能为130.01 kJ·mol-1,Ea的大小随转化率提高而增加；采用PeakFit软件对不同α下热解逸出气红外光谱的四个区域(700～900, 1 100～1 800, 2 800～3 000和3 000～3 100 cm-1)进行分峰拟合，获得CPW热解逸出气分子中官能团信息和各官能团相对含量，引入六种结构参数(I1～I6)用来描述逸出气的分子结构，探索CPW在转化率为0.20≤α≤0.80范围内的热解活化能与各结构参数之间的关联性。研究结果表明：CPW各热解阶段的活化能与相应的I1(支链化程度)、I2(含氧量)、I3(芳香性指数)、I4(芳环五元取代)、I5(三、四元取代)及I6(二元取代)等六种分子结构参数密切相关，且热解活化能与I1,I3和I6三种参数呈现良好的线性关系(拟合后R2分别为0.903 4, 0.744 7和0.803 1);对同一转化率下热解活化能Ea与逸出气的六种分子结构参数整体进行线性回归分析，得到结构参数模型为Ea=124.91-88.75I1-318.84I2-19.19I3+40.29I4-14.28I5+1 272.33I6(R2高达0.999 9)。基于热重红外联用技术，剖析CPW的热解Ea与热解逸出气官能团变化规律，深入了解CPW在热解过程中的演变规律，有助于明晰CPW的热解过程和热转化行为，为褐煤的高附加值利用提供一定理论依据。

• 单位
  辽宁科技大学; 宁夏大学