煤炭学报

作者：王绍清, 陈昊, 王小令,

关键词：热变煤, 纳米结构, 内部应力, 结构演化, 石墨烯,

热变煤所处地质条件明显异于正常变质作用煤,由于受到直接接触的岩浆侵入体影响,热变煤一方面经受了快速升温缓慢冷却的受热过程,另一方面也受到侵入体接触挤压带来的额外应力作用,这使得热变煤的碳纳米结构变化明显异于正常变质作用煤。为揭示热变煤中碳纳米结构的特殊性,基于X射线衍射(XRD)与高分辨率透射电镜(HRTEM)分析手段,研究热变煤的微晶结构参数演化,同时对热变煤中碳纳米结构类型及其成因进行系统分析。结果表明:与深成变质作用煤相比,热变煤的微晶层间距更接近石墨微晶。在镜质体反射率小于10%时,热变煤的层间距和La/Lc均呈现三阶段变化。在热变煤中,识别出4种碳纳米结构,即无序芳香簇结构、芳香同心环状结构、涡层结构和类石墨状结构。其中,类石墨状结构主要出现在颗粒边缘、显微组分相互挤压面上以及孔隙裂隙边缘处,其成因与颗粒内部应力有关。相比于其他3种碳纳米结构,类石墨状结构的定向性更好,同时其芳香层片的长度也更长。与正常变质煤受热形成的类石墨结构不同,热变煤颗粒边缘类石墨结构的层间距更小而延展度更大。基于此,通过改进的Hummers法可从热变煤中制备得到石墨烯,但缺陷特征明显,因此亟需进一步深入研究。

来源：2023年第2期

《煤炭学报》期刊编辑部

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