煤炭学报

作者：连露露, 秦志宏, 李春生, 杨小芹, 林喆,

关键词：煤族组分, 骨架, 分子结构模型, 分子动力学模拟, 聚集体,

为从分子水平上进一步深入认知煤大分子网络结构形成的内在机制，对煤全组分分离所得重质组(HC)、疏中质组(LMC)、密中质组(DMC)和轻质组(LC)分别进行分级分次快速溶剂萃取，以获得各族组分骨架部分和小分子部分;采用FTIR,XPS，13C NMP及元素分析获得骨架部分的结构特征参数，构建出重质组骨架(HC-S)、疏中质组骨架(LMC-S)和密中质组骨架(DMC-S)的分子结构模型;再对各分子结构模型进行分子力学和分子动力学模拟，获得其最低势能构型及模拟密度，并进一步探究各族组分骨架大分子形成多分子稳定聚集体的分子机制和能量机制。结果表明:HC-S的分子式为C246H186N4O15，LMC-S为C216H183N5O5S，DMC-S为C195H179N3O4S。LMC-S模拟密度最大，HC-S次之， DMC-S最小，模拟密度与实验室检测密度基本一致。当12个DMC-S聚集时，由于不同分子中结构单元之间的N…H相互作用而形成DMC-S-12稳定构型，其尺寸约50×10-10 m;当25个LMC-S聚集时，体系中产生较多的-相互作用而形成DMC-S-25较稳定构型，其尺寸约70×10-10 m;HC-S则不会形成20个骨架分子以内的稳定聚集体。该机理能够很好吻合实验结果。LMC-S回转半径最大，DMC-S次之，HC-S最小，表明骨架分子LMC-S的柔韧性最小，其形成聚集体时将更疏松;HC-S的柔韧性最大，形成聚集体时将更致密;DMC-S则居中。该结果与实验现象吻合度良好。并给出了各族组分骨架单分子及其聚集体的模拟计算与实验结果总结对照表。

来源：2021年第9期

《煤炭学报》期刊编辑部

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