曹村2号煤的大分子模型构建及HRTEM分析

发布时间：2021-02-22 00:27

　　煤并不是一种均一的物质,识别乃至量化煤中非均质性,对于全面认识煤结构有着重要意义。对曹村2号煤的HRTEM图像分析发现,这种非均质性也体现煤中不同区域的晶格条纹呈现的较大差异上。据此,本文以曹村2号煤为研究对象,从分子尺度和聚集态尺度两个层次出发,对煤中分子进行全面解析,试图找寻煤结构不同层次之间的联系及差异,进而上升到煤非均质性机制的研究上。本文主要利用FTIR、Raman、XPS、¹³C-NMR等测试手段从分子尺度上对曹村2号煤样进行解析,然后利用ACD、GNMR等软件构建了曹村2号煤的大分子结构平面模型;并使用Material Studio模拟计算软件,经分子力学及分子动力学优化后,得到曹村2号煤的3维优化后的稳定结构模型。此外,运用XRD以及HRTEM等测试方法从聚集态尺度上对曹村2号煤中的微晶结构参数进行表征,包括芳香层片间距离d₀₀₂,芳香层片延展度La,堆砌高度Lc,堆砌层数N_ave等。在充分认识煤的不同尺度结构的基础上,对煤中的不同聚集态类型进行划分及定量表征,包括晶格条纹长度,取向以及曲率特征（条纹分段... 

【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校

【文章页数】：93 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 煤分子结构研究
        1.1.1 煤分子结构的研究进展
        1.1.2 煤分子结构研究方法介绍
        1.1.3 煤分子结构模型
    1.2 煤聚集态结构研究进展
        1.2.1 XRD在煤结构中的运用
        1.2.2 HRTEM在煤结构中的运用
    1.3 研究背景及意义
    1.4 主要研究内容
    1.5 拟解决的关键问题
    1.6 研究思路及技术路线
    参考文献
第二章 研究区地质概况及煤样采集与测试
    2.1 井田概况
        2.1.1 霍西煤田概况
        2.1.2 区域地层概况
    2.2 煤样的采集与制备
        2.2.1 煤样采集
        2.2.2 煤样脱灰处理
    2.3 煤样测试
        2.3.1 工业分析、元素分析和反射率的测定
        2.3.2 傅里叶变换红外光谱测试
        2.3.3 拉曼光谱实验
        2.3.4 X射线光电子能谱测试
        2.3.5 核磁共振实验
        2.3.6 X射线衍射实验
        2.3.7高分辨率透射电子显微镜实验
    参考文献
第三章 曹村2号煤的分子尺度表征
    3.1 工业分析、元素分析和反射率的测定
    3.2 红外光谱分析
        3.2.1 煤样芳香结构的红外光谱解析
        3.2.2 煤样含氧官能团的红外光谱拟合解析
        3.2.3 煤样的脂肪结构红外光谱拟合解析
        3.2.4 煤样的烃基红外光谱拟合解析
    3.3 X射线光电子能谱分析
        3.3.1 XPS分析N元素的赋存形态
        3.3.2 XPS分析O元素的赋存形态
        3.3.3 XPS分析S元素的赋存形态
    3.4 拉曼光谱谱图解析
    3.5 核磁共振碳图谱解析
        3.5.1 煤结构中C的化学位移归属
13C-NMR图谱分析">        3.5.2 ¹³C-NMR图谱分析
    3.6 本章小结
    参考文献
第四章 曹村2号煤的分子模型构建
    4.1 模型构建相关参数
        4.1.1 芳香碳结构
        4.1.2 脂肪碳结构
        4.1.3 杂原子结构
    4.2 平面模型构建
    4.3 立体模型构建
        4.3.1 引言
        4.3.2 计算模块简介
        4.3.3 曹村2号煤的最低能量构型
    4.4 本章小结
    参考文献
第五章 曹村2号煤的聚集态尺度表征
    5.1 XRD对煤的结构表征
        5.1.1 XRD图谱分析
        5.1.2 XRD结构参数计算
    5.2 HRTEM对煤的结构表征
        5.2.1 高分辨率透射电镜原理
        5.2.2 高分辨率透射电镜图像分析
        5.2.3 曹村2号煤的晶格条纹长度及取向
        5.2.4 曹村2号煤的晶格条纹层间距及堆砌高度
    5.3 XRD与HRTEM处理结果对比
    5.4 本章小结
    参考文献
第六章 基于HRTEM的煤中不同聚集态结构表征
    6.1 引言
    6.2 HRTEM分析方法
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 条纹长度特征
        6.3.2 条纹取向特征
        6.3.3 条纹曲率的量化
        6.3.4 不同区域的孔径分布
        6.3.5 聚集态形成机制探讨
    6.4 本章小结
    参考文献
第七章 结论、创新与展望
    7.1 结论
    7.2 本文创新点
    7.3 不足与展望
致谢
攻读学位期间发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]低阶煤分子碳结构的分析与研究[J]. 张锐,夏阳超,谭金龙,丁世豪,邢耀文,桂夏辉.  中国煤炭. 2018(12)
[2]晋城无烟煤的分子结构特征分析[J]. 魏帅,严国超,张志强,刘松孟,张远方.  煤炭学报. 2018(02)
[3]不同煤级含树皮体煤HRTEM特征研究[J]. 王绍清,陈昊,张小梅,沙玉明.  煤炭技术. 2017(12)
[4]基于HRTEM的煤分子芳香片层结构表征[J]. 康倩楠,张志强.  煤炭转化. 2017(05)
[5]低中煤级煤结构演化的拉曼光谱表征[J]. 李霞,曾凡桂,王威,董夔.  煤炭学报. 2016(09)
[6]煤的拉曼光谱特征[J]. 苏现波,司青,宋金星.  煤炭学报. 2016(05)
[7]不同变质程度煤的高分辨率透射电镜分析[J]. 李霞,曾凡桂,司加康,王威,董夔,程丽媛.  燃料化学学报. 2016(03)
[8]低中煤级煤结构演化的FTIR表征[J]. 李霞,曾凡桂,王威,董夔,程丽媛.  煤炭学报. 2015(12)
[9]基于HRTEM的低阶烟煤微晶结构研究[J]. 任秀彬,辛文辉,张亚婷,周安宁.  煤炭学报. 2015(S1)
[10]成庄无烟煤大分子结构模型及其分子模拟[J]. 相建华,曾凡桂,李彬,张莉,李美芬,梁虎珍.  燃料化学学报. 2013(04)

硕士论文
[1]场发射枪透射电子显微镜主体镜筒的设计分析[D]. 童超.北京交通大学 2011



本文编号：3045149