煤炭学报

作者：何环, 喀哈尔·如则巴克, 吴柏林, 黄新颖, 陈子豪, 陈林勇, 郭鑫, 刘健, 季长江, 黄再兴,

关键词：煤生物产气, 褐煤, 有机溶剂萃取, 产甲烷菌, 微生物群落结构,

煤中有机组分的生物可利用性是煤层气生物工程领域的核心研究方向，有机溶剂萃取虽已被证实可提升煤的生物产气效率，但其作用机制尚未明确。以内蒙古胜利5号褐煤为对象，采用甲醇、乙酸乙酯、石油醚、四氢呋喃构建溶剂极性梯度处理体系，通过超声萃取处理和生物产气试验，结合气相色谱−质谱联用(GC-MS)、气相色谱(GC)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)及高通量测序等技术，系统探究了有机溶剂萃取引发的煤质特性变化对萃余煤生物产气特征、微生物群落结构的影响机制。结果表明：4种有机溶剂萃取液在产甲烷菌作用下均仅产H2，未检测到CH4；萃余煤样生物产甲烷能力顺序为甲醇 > 乙酸乙酯 > 四氢呋喃 > 石油醚，其中极性最高的溶剂甲醇萃余煤产甲烷量最高，达31.12 μmol/g，显著高于原煤(11.86 μmol/g)，而极性最低的石油醚萃余煤产甲烷量与原煤接近。溶剂萃取通过选择性去除煤中低分子有机组分，改变了煤的物理化学性质，工业分析显示萃余煤的挥发分降低，固定碳升高；元素分析表明，O含量增加，C、H含量降低；XRD、FT-IR和SEM结果显示，溶剂处理后煤样芳香层间距增大，含氧官能团吸收峰强度增强、孔隙率增加，表明煤体结构发生疏松化，生物可利用性得到改善。微生物群落分析结果显示，萃余煤体系中细菌多样性及丰富度均高于原煤体系，其中厚壁菌门(Firmicutes)相对丰度提升，螺旋体门中norank_f__Spirochaetaceae的相对丰度变化尤为突出；古菌群落中广古菌门(Euryarchaeota)、甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)及甲烷杆菌属(Methanobacterium)的相对丰度明显改变。相关性分析表明：细菌中的变形菌门(Proteobacteria)及古菌中的广古菌门(Euryarchaeota)与CH4积累产量呈正相关，为产气关键功能菌门；古菌中的海拉古菌门(Halobacterota)与溶解有机碳呈负相关，表明其可分解煤中有机碳并转化为CH4。综上，有机溶剂对煤生物产气的影响遵循溶剂极性−煤物化结构变化−微生物群落代谢级联效应，极性溶剂(尤其是甲醇)通过选择性萃取可改善煤体疏松度及官能团暴露，重塑微生物生态位以提升产甲烷活性。研究为深化认识煤结构变化与微生物产气机制提供理论参考。

来源：2026年第3期

《煤炭学报》期刊编辑部

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