鑫源煤在有机溶剂中的溶胀特性研究
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分构 成 的非 均相 混合 物 ， 无 机 组分 含 量很少 ， 主要 包 括 矿 物质 和 水 ， 有 机 组 分 主要 是 由 ｃ， Ｈ， ０， Ｎ和 Ｓ
１ ． ２ 仪 器 与 试 剂
实验 中所 使 用 的主 要 仪 器 有 ： 精密 电子天平 、 ８ ０ ０ Ｂ型离 心机 、 真 空干燥 箱 、 移 液管 和 平底 玻 璃管 ． 实验 中所使 用 的主要 溶剂 为 四氢 萘 （ Ｔ ＨＮ） 、 Ｎ． Ｎ． 二 甲基 甲酰胺 （ ＤＭＦ ） 、 甲苯 、 吡啶 、 四氢 呋 喃和 二 甲基 亚砜（ ＤＭＳ ｏ） 等化 学纯 试剂 ． 在 实验 中 ， 为 了 防止 溶 剂 的 蒸 发 和离 心 过 程 中
室温 ， 剂煤 比为 ４ ｍＬ： １ ｇ ， 煤样 在 Ｔ ＨＮ， ＤＭＦ
和Ｔ ＨＮ＋ＤＭＦ （ 体 积 比为 １ ： １ ） 溶 剂 中 的溶 胀 结 果
＊ 国 家 自然科 学 基 金 资 助 项 目（ ２ １ ０ ７ ６ １ ３ ７ ） 、 山 西 省 回 国留 学 人 员 基 金 资 助 项 目 （ ２ ０ １ ２ — ０ ３ ７ ） 和山西省 高等学校优秀青 年学术带头人项 目
Ｑ— ｈ ２ ／ ｈ （ １ ）
２ 结 果 与讨 论
２ ． １ 不 同 溶 胀 时 间 对 煤 溶 胀 率 的 影 响
Ｍ ｄ ７ ． ０５
Ａｄ ９ ． ０８
Ｃ
Ｈ Ｎ Βιβλιοθήκη Ｓ Ｏ ７ ２． ９ ２ ４． ７ ３ ０． ９ ８ ０． ３ ４ ｌ１ ． ９ ４
（ ＴＹＡＬ２ ０１ １ ） ．
１ ）硕 士 生 ； ２ ）博 士 、 讲师 ； ３ ）硕 士 、 工程师 ； ４ ）博 士 、 教授 ， 太原理工大学化学化工学院， ０ ３ ０ ０ ２ ４ 太 原 收 稿 日期 ：２ ０ １ ３ － ０ ２ － １ ８ ；修 回 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ５ ． １ ５
吡啶溶剂 中的表观 活化能均 小 于 ２ ０ ｋ Ｊ ／ ｍｏ ｌ ， 这与煤 中范德华 力的破坏相 对应 ， 溶胀机 制是 由 Ｃ ａ ｓ ｅ — Ｉ Ｉ 扩
散 控制的 ．
关 键 词 鑫 源煤 ， 溶胀 ， 溶胀率 ， 动 力 学 中图分类号 ＴＱ５ ３ １
０ 引 言
煤 的结 构非 常 复 杂 ， 煤 是 由有 机 组 分 和 无 机 组
第３ ７卷 第 １期
２ ０ １ ４年 １月
煤
炭
转
化
Ｖ ｏ１ ． ３７ Ｎ ０．１ Ｊ ａ ｎ．２Ｏ１ ４
Ｃ０ＡＬ Ｃ０ＮＶ ＥＲＳ Ｉ ｏ Ｎ
鑫源煤 在有机溶剂 中的溶胀特性研究 ＊
李 沙 沙 盛 清 涛 范济 民。 申 峻 ’
摘 要 对 不 同溶 胀 时 间 、 不 同溶 剂 、 矿物质 、 预 处理 和金 属 无机 盐 等 实验 条 件 下 鑫 源低 阶 烟 煤 的 溶
溶 剂 的外 泄 ， 要对 平底 玻璃 管 加塞 ．
１ ． ３ 溶 胀 率 的 测 定
等元 素组 成 的高 分 子 有 机 化 合 物 ． 煤 中 的有 机 组 分
常与煤 的反应 性 有 关 ， 因此 是 煤 结 构 研 究 的主 要 内 容． 对 煤进 行溶 胀 ， 煤 大分 子相 与小 分 子相 间 的作 用 力 就会 减 弱 ， 小 分 子 的流动 性增 强 ， 这样 能提 高 煤 的
反应性． ［ １ ］ 鑫 源 低 阶 烟 煤 含 有 很 多 的一 Ｃ ｏｏＨ，
一
ｏＨ官 能 团 ， 这 使 得某 些氢 键受 体溶 剂更 容 易 与煤
用体 积法来测定 煤 的溶胀 率 ． ［ 称 取０ ． ５ ０ ０ ０ ｇ 左 右煤 样， 放 人 直 径 均 匀 的 平 底 玻 璃 管 中，以 ３ ４ ０ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ 离心 ５ ｍｉ ｎ ， 再将 玻璃管 翻转 １ ８ ０ 。 ， 同样转
表 １ 煤样 的工业分析和元素分析 （ ％ ）
Ｔ ａ ｂ ｌ ｅ １ Ｐ ｒ ｏ ｘ ｉ ｍａ ｔ ｅ ａ ｎ ｄ ｕ ｌ ｔ ｉ ｍａ ｔ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｓ ａ ｍｐ ｌ ｅ ｓ （ ％ ）
煤样 的高度 ｈ ， 计算 出煤样 的体积溶胀 率（ Ｑ） ．
实 验所 选 煤 样 为 陕 西 榆 林 鑫 源 煤 矿 低 阶 烟 煤 （ 简称 鑫 源煤 ） ， 将 其破 碎 并筛 分 为 ８ ０目， 在８ Ｏ℃下
真空 干 燥 １ ｈ后 装 于棕 色广 口瓶 内 ， 密封 保 存 备 用 ． 煤样 的 工业 分析 和元 素分 析 见表 １ ．
形 成氢 键 ， 破坏煤． 煤作用力 ， 因而 研 究 它 的溶 胀 特 性对 于更进 一 步 了解煤 的结 构信 息 是非 常必 要 的 ．
１ 实 验 部 分
１ ． １ 实 验 煤 样
速离心 ５ ｍｉ ｎ ， 此时， 用 游标卡 尺测 出煤样 的高度 ｈ ，
然后加 人适量 的溶 剂 ， 用细 的不锈钢 铁丝 沿一个 方 向 搅拌 １ Ｏ下 ， 垂 直静 置 一定 时 问 ， 同上 方法 离 心 ， 测出
胀 行 为 和 溶 胀 动 力 学 进 行 了研 究 ． 结果表 明， 随着时间的延长， 溶 胀 率逐 渐 增 大 ， ４ ８ ｈ溶 胀 基 本 达 到 平 衡 ，
溶胀特征是典 型的 ｓ ｌ ｏ ｗ－ ｃ ｌ ｉ ｍｂ ｉ ｎ ｇ － ｔ ｙ ｐ ｅ溶 胀 ； 煤在 混 合 溶 剂 中的 溶 胀 率 大 于单 一 溶 剂 中 的溶 胀 率 ， 在 极 性 溶 剂 中 的溶 胀 率 大 于 非 极 性 溶 剂 中 的溶 胀 率 ； 脱 除矿质 元素后 ， 煤溶胀 率增 大； 溶胀 、 酸 洗 和 碱 洗使 煤 溶 胀率增 大， 烘干使煤溶胀 率减小 ； 溶 胀 动 力 学表 明 ， 该 煤 的 溶 胀 行 为符 合 一级 反 应 动 力 学 方 程 ， 在 ＴＨＮ 和
１ ． ２ 仪 器 与 试 剂
实验 中所 使 用 的主 要 仪 器 有 ： 精密 电子天平 、 ８ ０ ０ Ｂ型离 心机 、 真 空干燥 箱 、 移 液管 和 平底 玻 璃管 ． 实验 中所使 用 的主要 溶剂 为 四氢 萘 （ Ｔ ＨＮ） 、 Ｎ． Ｎ． 二 甲基 甲酰胺 （ ＤＭＦ ） 、 甲苯 、 吡啶 、 四氢 呋 喃和 二 甲基 亚砜（ ＤＭＳ ｏ） 等化 学纯 试剂 ． 在 实验 中 ， 为 了 防止 溶 剂 的 蒸 发 和离 心 过 程 中
室温 ， 剂煤 比为 ４ ｍＬ： １ ｇ ， 煤样 在 Ｔ ＨＮ， ＤＭＦ
和Ｔ ＨＮ＋ＤＭＦ （ 体 积 比为 １ ： １ ） 溶 剂 中 的溶 胀 结 果
＊ 国 家 自然科 学 基 金 资 助 项 目（ ２ １ ０ ７ ６ １ ３ ７ ） 、 山 西 省 回 国留 学 人 员 基 金 资 助 项 目 （ ２ ０ １ ２ — ０ ３ ７ ） 和山西省 高等学校优秀青 年学术带头人项 目
Ｑ— ｈ ２ ／ ｈ （ １ ）
２ 结 果 与讨 论
２ ． １ 不 同 溶 胀 时 间 对 煤 溶 胀 率 的 影 响
Ｍ ｄ ７ ． ０５
Ａｄ ９ ． ０８
Ｃ
Ｈ Ｎ Βιβλιοθήκη Ｓ Ｏ ７ ２． ９ ２ ４． ７ ３ ０． ９ ８ ０． ３ ４ ｌ１ ． ９ ４
（ ＴＹＡＬ２ ０１ １ ） ．
１ ）硕 士 生 ； ２ ）博 士 、 讲师 ； ３ ）硕 士 、 工程师 ； ４ ）博 士 、 教授 ， 太原理工大学化学化工学院， ０ ３ ０ ０ ２ ４ 太 原 收 稿 日期 ：２ ０ １ ３ － ０ ２ － １ ８ ；修 回 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ５ ． １ ５
吡啶溶剂 中的表观 活化能均 小 于 ２ ０ ｋ Ｊ ／ ｍｏ ｌ ， 这与煤 中范德华 力的破坏相 对应 ， 溶胀机 制是 由 Ｃ ａ ｓ ｅ — Ｉ Ｉ 扩
散 控制的 ．
关 键 词 鑫 源煤 ， 溶胀 ， 溶胀率 ， 动 力 学 中图分类号 ＴＱ５ ３ １
０ 引 言
煤 的结 构非 常 复 杂 ， 煤 是 由有 机 组 分 和 无 机 组
第３ ７卷 第 １期
２ ０ １ ４年 １月
煤
炭
转
化
Ｖ ｏ１ ． ３７ Ｎ ０．１ Ｊ ａ ｎ．２Ｏ１ ４
Ｃ０ＡＬ Ｃ０ＮＶ ＥＲＳ Ｉ ｏ Ｎ
鑫源煤 在有机溶剂 中的溶胀特性研究 ＊
李 沙 沙 盛 清 涛 范济 民。 申 峻 ’
摘 要 对 不 同溶 胀 时 间 、 不 同溶 剂 、 矿物质 、 预 处理 和金 属 无机 盐 等 实验 条 件 下 鑫 源低 阶 烟 煤 的 溶
溶 剂 的外 泄 ， 要对 平底 玻璃 管 加塞 ．
１ ． ３ 溶 胀 率 的 测 定
等元 素组 成 的高 分 子 有 机 化 合 物 ． 煤 中 的有 机 组 分
常与煤 的反应 性 有 关 ， 因此 是 煤 结 构 研 究 的主 要 内 容． 对 煤进 行溶 胀 ， 煤 大分 子相 与小 分 子相 间 的作 用 力 就会 减 弱 ， 小 分 子 的流动 性增 强 ， 这样 能提 高 煤 的
反应性． ［ １ ］ 鑫 源 低 阶 烟 煤 含 有 很 多 的一 Ｃ ｏｏＨ，
一
ｏＨ官 能 团 ， 这 使 得某 些氢 键受 体溶 剂更 容 易 与煤
用体 积法来测定 煤 的溶胀 率 ． ［ 称 取０ ． ５ ０ ０ ０ ｇ 左 右煤 样， 放 人 直 径 均 匀 的 平 底 玻 璃 管 中，以 ３ ４ ０ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ 离心 ５ ｍｉ ｎ ， 再将 玻璃管 翻转 １ ８ ０ 。 ， 同样转
表 １ 煤样 的工业分析和元素分析 （ ％ ）
Ｔ ａ ｂ ｌ ｅ １ Ｐ ｒ ｏ ｘ ｉ ｍａ ｔ ｅ ａ ｎ ｄ ｕ ｌ ｔ ｉ ｍａ ｔ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｓ ａ ｍｐ ｌ ｅ ｓ （ ％ ）
煤样 的高度 ｈ ， 计算 出煤样 的体积溶胀 率（ Ｑ） ．
实 验所 选 煤 样 为 陕 西 榆 林 鑫 源 煤 矿 低 阶 烟 煤 （ 简称 鑫 源煤 ） ， 将 其破 碎 并筛 分 为 ８ ０目， 在８ Ｏ℃下
真空 干 燥 １ ｈ后 装 于棕 色广 口瓶 内 ， 密封 保 存 备 用 ． 煤样 的 工业 分析 和元 素分 析 见表 １ ．
形 成氢 键 ， 破坏煤． 煤作用力 ， 因而 研 究 它 的溶 胀 特 性对 于更进 一 步 了解煤 的结 构信 息 是非 常必 要 的 ．
１ 实 验 部 分
１ ． １ 实 验 煤 样
速离心 ５ ｍｉ ｎ ， 此时， 用 游标卡 尺测 出煤样 的高度 ｈ ，
然后加 人适量 的溶 剂 ， 用细 的不锈钢 铁丝 沿一个 方 向 搅拌 １ Ｏ下 ， 垂 直静 置 一定 时 问 ， 同上 方法 离 心 ， 测出
胀 行 为 和 溶 胀 动 力 学 进 行 了研 究 ． 结果表 明， 随着时间的延长， 溶 胀 率逐 渐 增 大 ， ４ ８ ｈ溶 胀 基 本 达 到 平 衡 ，
溶胀特征是典 型的 ｓ ｌ ｏ ｗ－ ｃ ｌ ｉ ｍｂ ｉ ｎ ｇ － ｔ ｙ ｐ ｅ溶 胀 ； 煤在 混 合 溶 剂 中的 溶 胀 率 大 于单 一 溶 剂 中 的溶 胀 率 ， 在 极 性 溶 剂 中 的溶 胀 率 大 于 非 极 性 溶 剂 中 的溶 胀 率 ； 脱 除矿质 元素后 ， 煤溶胀 率增 大； 溶胀 、 酸 洗 和 碱 洗使 煤 溶 胀率增 大， 烘干使煤溶胀 率减小 ； 溶 胀 动 力 学表 明 ， 该 煤 的 溶 胀 行 为符 合 一级 反 应 动 力 学 方 程 ， 在 ＴＨＮ 和