煤炭学报

作者：戚绪尧, 王涛, 张兰君, 胡杰, 辛海会, 梁忠秋,

关键词：低共熔溶剂, 煤自燃, 量子化学计算, 氢键,

化学阻化是防治煤自燃的重要手段之一，提出了一种基于低共熔溶剂(DES)的类离子液体阻化方法。首先，采用加热法制备并筛选了7种室温低共熔溶剂，分析了不同DES处理后煤样的官能团及热力学特性变化规律，在此基础上采用密度泛函理论分析了DES中氢键强度对煤理化性质的改性差异，推导了低共熔溶剂的阻化机制及其最佳氢键强度。研究结果表明：DES处理后煤中氢键网络被破坏重排，脂肪烃与芳香烃相对丰度增加了10%～37%，脂肪族支链结构参数降低了9.38%～20.65%，含氧官能团(C=O和C—O)相对丰度下降了22.88%～56.94%，游离的小分子化合物和矿物质被溶出。DES处理后煤的蒸发脱附阶段质量损失和吸氧增重阶段的吸氧量减小，低温氧化阶段和热分解阶段放热量降低，减小幅度分别为8.94%～77.51%和5.40%～26.20%。氢键受体(HBD)作用点位电负性越强，与氢键供体(HBA)形成的DES团簇氢键强度越大。DES中氢键强度与煤中氢键网络破坏程度呈正相关关系，与吸氧增重阶段的吸氧量和低温氧化放热量及矿物质脱除率呈局部相关性。DES通过溶解煤中活性成分削弱煤的低温氧化强度。并通过促进氢键重排，将低热稳定性氢键转换为热稳定性更高的环状氢键四聚体和OH—N氢键，以此提高煤的断键吸热量。但过高的氢键强度将会抑制活性侧链的脱除和溶解，因此抑制煤自燃的低共熔溶剂的最佳氢键强度应控制在69.45～160.00 kJ/mol。

来源：2024年第4期

《煤炭学报》期刊编辑部

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