(1)此次研究选取现代野火中不同燃烧程度的木炭为对象,利用FTIR手段,通过分峰拟合定量研究了不同燃烧程度木炭的化学结构变化特征,揭示了不同温度影响下木炭中各官能团的变化规律。
(2)通过对比煤中丝质体的反射率和FTIR特征发现,煤中丝质体(半丝质体)与现代野火燃烧木炭的特征十分相近,证明了煤中丝质体的野火来源。
(3)研究不同燃烧程度的木炭发现,燃烧温度对木炭中化学结构影响显著,查清了木炭中有机分子结构随温度的变化过程,煤中丝质体的反射率受野火燃烧温度影响,为探索煤中有机质演化和丝质体的成因提供了理论依据。
郭旭1,姚建国1,李鸿豆1,田泽奇1,王志勇1,石志祥1,2,赵存良1,刘帮军1,孙玉壮1
1.河北工程大学 地球科学与工程学院
2.中国矿业大学 资源与地球科学学院
煤中丝质体的成因是当前国内外学术研究的热点,阐明丝质体的来源和成因不仅对煤地质学理论研究意义重大,同时对前第四纪古环境、古气候和古生态研究也有指导意义。傅里叶变换红外光谱技术(FTIR)作为一种非破坏性的手段被广泛用于化合物的鉴定及分子结构的表征。为了查明不同燃烧程度木炭的化学结构变化特征,对煤中丝质体的成因提供理论基础,此次研究选取了现代野火中的不同燃烧程度的植物样品(木炭),运用FTIR对它们的化学结构进行了定量表征。结果表明:样品的反射率和燃烧温度呈正比,测得燃烧程度最高(1号)的样品最大燃烧温度达到了518℃。除1号样品外,其余样品中芳香结构均以苯环三取代为主,但随着燃烧温度的升高,发生了脱氢缩合反应,致使苯环三取代含量降低至20.5%,由于环烷结构的脱氢芳构化,四取代含量升高,五取代含量的变化则与脂肪链的环化和苯环的脱羧反应有关。随着燃烧温度的升高,由于环烷烃等脱氢后形成芳烃或是分子侧链脱落,导致CC含量逐渐升高,在1号样品中达到32%。C-O的含量先降低再升高,在1号样品中烷基醚和芳基醚的含量最低,酚羟基的含量最高,可能是高温燃烧下醚键受热断裂生成酚类物质。CO含量升高再降低,在1号样品中含量低至5.6%,这是由于该键的稳定性较差。由于燃烧温度的影响,脂肪类物质的含量变化较大,整体上亚甲基含量逐渐升高,甲基减少,支链化程度增大。样品中存在五种氢键类型,受低温影响的样品中主要以醚氧氢键为主(>55%)。在1号样品中,出现了环状氢键和羟基-N氢键,同时醚氧氢键含量显著降低至13.2%,这是由于温度升高引起的含氧官能团的减少。对比煤中丝质体的反射率和FTIR特征发现,煤中丝质体(半丝质体)与木炭的特征十分相近,证明了煤中丝质体的野火来源。此外,这些研究结果还表明了燃烧温度对木炭中化学结构的影响,反映了木炭中有机分子结构随温度的变化过程,为探索煤中有机质演化和丝质体的成因提供了理论依据。
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副教授
刘帮军,男,1990年出生,四川绵阳人,中共党员,副教授,德国法兰克福大学自然科学-地球科学专业博士,河北省燕赵英才(A类),河北省“巨人计划”创新创业团队成员。国际有机岩石学学会、欧洲有机地球化学学会、中国地质学会和中国煤炭学会会员。
有机地球化学,同位素地球化学,煤系古环境与古气候研究
长期从事煤地质学和煤系古环境与古气候研究,擅长利用有机和同位素地球化学技术手段研究含煤盆地古环境与古气候变化。主持和参与国家自然科学基金、河北省自然科学基金、河北省引进留学人员资助项目等10余项,在Chemical Geology、International Journal of Coal Geology、Fuel和《地质学报》等国内外期刊发表高水平论文20余篇,其中ESI高被引论文1篇。
郭旭,姚建国,李鸿豆,等. 不同燃烧程度木炭的FTIR特征对煤中丝质体成因的指示意义[J].煤炭科学技术,2023,51(9):292−301.
GUO Xu,YAO Jianguo,LI Hongdou,et al. FTIR characteristics of charcoal with different combustion degrees as an indication of the genesis by and their significances for formation of fusinite in coal[J]. Coal Science and Technology,2023,51(9):292−301
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END 责任编辑:宫在芹
设计排版:冯春晖
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