基于反应分子动力学的1-丁基-3-甲基咪唑硝酸盐与煤反应机理研究

作者：王兰云; 刘真; 徐永亮; 李瑶; 王燕

来源：煤炭转化, 2021, 1-13.

• 烟煤
• 煤自燃
• 离子液体
• 反应力场
• 分子动力学
• 反应机理

离子液体（ionic liquids,ILs）作为一种可用于抑制煤矿采空区煤自燃的新型材料,其对煤燃烧的影响至关重要。使用FTT锥形量热仪对烟煤、烟煤+[Bmim][NO3]（1-丁基-3-甲基咪唑硝酸盐）的混合物进行燃烧性能测试,结合分子反应动力学方法（reactive force filed,ReaxFF）,分析1 200 K、1 600 K、1 800 K、2 200 K四个温度条件下[Bmim][NO3]与煤的化学反应过程。实验结果表明:[Bmim][NO3]的添加会使体系达到热释放速率（HRR）峰值的时间提前,即促进烟煤的氧化燃烧反应;模拟结果显示:温度为1200 K时,仅产生了少量H2O和NO2;当模拟温度升高至1 600 K时,开始产生小分子烷烃、CO及CO2,但数量较少且产生时间延后;当模拟温度继续升高至1 800 K时,开始产生少量的H2等气体无机物,CO与CO2数目较1600 K时增加一倍,且初次出现时间也提前约100 ps。在模拟温度2 200 K时,反应物中的N元素转化为NH3与HCN,CO数量继续增加,CO2数目逐渐降低。总体来看,温度较低时反应过程主要受[NO3]-影响,[NO3]-通过与煤分子中羧基反应,使煤分子脱氢形成得电子结构,从而易于发生分解反应。当温度继续升高,[Bmim]+开始显著参与反应过程,[Bmim]+热解产生的自由基与煤分子发生反应,生成大量NH3与HCN,从而会对人体和环境造成危害。

• 单位
  河南理工大学