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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
生物降解对煤分子结构及甲烷吸附性能的影响
  • 20
  • 作者

    吕航 夏大平 岳利娇 王永龙

  • 单位

    河南理工大学资源环境学院河南理工大学能源科学与工程学院煤炭安全生产与清洁高效利用协同创新中心河南省煤矿岩层控制国际联合实验室晋能煤业控股集团太原科技大学能源与材料工程学院

  • 摘要
    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作为实验对象。实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:(1)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0.919),而与芳香层片延展度呈负相关关系(R为0.915),表明结构有序度的降低促进甲烷的生成。(2)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。(3)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,这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。(4)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易挥发性有机物的生成效率,并达到累积效应。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。
  • 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

  • 文章目录


    1 材料与方法
    1.1 实验方法
    1.2 测试方法
    1.3 模拟方法
    2 结果与分析
    2.1 物性变化
    2.1.1 孔隙结构变化
    2.1.2 微晶结构变化
    2.2 碳骨架变化特征
    2.3 煤的大分子结构变化
    2.3.1 各组单分子的最低势能构型
    2.3.2 吸附性能变化
    3 结 论
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