煤炭学报

作者：吕航, 夏大平, 岳利娇, 王永龙, 简阔, 苏鹏飞,

关键词：微生物, 厌氧发酵, 分子动力学模拟, 响应机制, 吸附性能,

为探究不同煤阶煤在微生物作用下的微观机制变化，选择内蒙古呼伦贝尔东明地区的低阶褐煤A和新疆昌吉康龙地区的烟煤B作为试验对象。试验通过煤与微生物厌氧发酵过程，采用低温液氮吸附、X射线衍射、核磁共振谱及X射线光电子能谱技术对煤样在不同厌氧发酵阶段的特性进行分析，同时，结合分子力学、分子动力学和吸附理论，探讨煤分子结构对厌氧发酵过程的响应。结果表明：在生物降解过程中，甲烷的产生量与最可几孔径和半高宽呈正相关关系(R2分别为0.874和0.910)，而与芳香层片延展度呈负相关关系(R2为0.915)，表明结构有序度的降低促进甲烷的生成。褐煤A与烟煤B均以中孔为主，比表面积呈现先降低后升高再降低的趋势。微生物代谢产物改变煤的孔隙结构，增加微孔和介孔数量，为甲烷分子提供更大的接触面积。分子结构的变化主要集中在脂肪侧链的断裂、含氧官能团的降解以及芳香结构的破坏。褐煤A中富含的羧基和羟基等含氧官能团促进了降解过程，而烟煤B中的稠环芳香结构则导致降解速度较慢。褐煤A中的极性官能团较为丰富，导致静电作用力减弱，而烟煤B中的芳香片层堆叠增强了π—π相互作用，从而限制了降解速率。烟煤B中芳香环比例高，芳香层通过范德华力有序堆叠，且其π电子云能与甲烷分子形成π—π相互作用，增强吸附能力。而褐煤A由于芳香化程度低、孔隙结构松散，吸附能力较弱。随着微生物的持续作用，褐煤A的吸附位点分布改变，吸附减弱但分布更均匀；烟煤B吸附作用逐渐减弱，但总体变化幅度较小。煤结构的降解显著提高了易挥发性有机物的生成效率，并产生累积效应。未来的研究可进一步探索微生物与煤的相互作用过程、酶的作用机制以及降解路径，以全面理解微生物如何在微观层面上改变煤的结构和性质。

来源：2026年第4期

《煤炭学报》期刊编辑部

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