煤嵌布结构的分形分析研究

发布时间：2020-04-13 08:34

【摘要】：煤嵌布结构模型是一种新的和系统的有关煤组成结构理论,但目前尚未从最直观的图像角度证明、分析和研究该理论中所谓煤重质组、密中质组和疏中质组的颗粒形态及其彼此嵌布存在的结构思想。本研究试图解开这一疑问,从而为煤嵌布结构模型理论提供最直接最有效的证据。论文在分离实验基础上,通过原子力显微镜(AFM)和场发射透射电镜(TEM)对九种不同煤阶煤及其族组分进行了测试分析,并从微观形貌、粗糙度和分形维数等方面展开了对比研究,考察了它们与煤变质程度间的相应规律。结果表明:从褐煤到无烟煤的全煤阶煤均是由两种类型的颗粒构成,其中绝大多数颗粒直径在50-80 nm之间,以密集堆积方式构成基底;在基底之中分别嵌布着数量相对较少、直径在80-120 nm之间的较大颗粒。族组分中重质组颗粒直径最小,约在50 nm左右;密中质组颗粒直径最大,约在120 nm左右;疏中质组颗粒直径则介于80-100 nm之间。由各类型分子按原始嵌布结构规律形成的原煤,其分形维数(Ds)随着煤阶的升高而增大,且总体上分为三个区间:褐煤最小(1.48),瘦煤和无烟煤最大(1.75-1.80),而其它烟煤居中(1.57-1.65)。当以挥发份Vdaf来反映煤阶时,则Ds与Vdaf间存在两个线性区间,即气煤以下的低变质煤的分形维数均低于1.61,线性关系为Ds=2.13-0.012Vdaf(R2=0.90);而肥煤以上的高变质煤的分形维数均高于1.61,线性关系为Ds=1.97-0.013Vdaf(R2=0.99)。各族组分的Ds与煤阶基本无关,但与Vdaf间同样存在以Ds为1.61划分的两个区段。无论哪种煤,其族组分的Ds均在1.55-1.65之间,且具有重质组疏中质组密中质组的基本规律。组成密中质组的120 nm微粒是由3-5 nm的单个纳粒聚集形成30-50 nm的团聚包后再彼此叠加而成,脂肪族部分在其中所占比重高,且多以直链形式进行有序分子堆积并构成稳定的层片状纳粒结构,层线间距3-3.5?。论文最后对煤嵌布结构模型进行了新的改进。
【图文】：

定律,被子,微悬臂,原子力显微镜

图 2-2 雷纳德-琼斯势与达格代尔力定律Figure 2-2 Lennard-Jones and dugdale force laws图 2-3 所示，原子力显微镜在观测样品时，通过微悬臂探针和被子的力的大小来绘制样品形貌。图 2-3AFM 系统的结构示意图Figure 2-3 the structure ofAFM system

示意图,示意图,萃取液,煤样

16图 2-3AFM 系统的结构示意图Figure 2-3 the structure ofAFM system分析磨好的煤样中加入 CS2/NMP（1:1,V/V），对煤样进行萃取并离心分离4000 r/min，离心 20 min），，获得煤重质组和萃取液。将 Tecnai G2 F射电子显微镜（美国）专用纯炭支持膜的铜网置于混合溶剂的萃取液网法线方向缓慢移动 30 s 然后取出。在密封条件下，静置 24 h 后M 的观察和拍照。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ530

【参考文献】