第36卷，第11期 2016年11月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
氧化无烟煤的谱学研究黄杜斌，传秀云，曹曦
Vol. 36, No. 11· pp3698-3703
November, 2016
北京大学地球与空间科学学院，造山带与构造演化教育部重点实验室，北京100871
摘要变质程度高、碳含量高的无烟煤是生产活性炭的主要煤种。无烟煤的结构特征在其材料方回开发利用中起着决定性作用，可以通过化学氧化的方法对煤的结构进行定向优化，以云南昭通地区天然高碳低灰无烟煤为原料，采用硝酸/硫酸酸浸氧化法制备了氧化无烟煤。使用X射线衍射（XRD)、拉曼光谱（Ra-man)和衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)对产物进行结构和谱学特征研究。结果表明，无烟煤具有介于石墨和无定形碳之间的类石墨微晶结构；相较于烟煤和褐煤，无烟煤微晶堆叠高度（L，）、微晶直径（L，)较大，结构有序度介于低变质煤和石墨之间。无烟煤的氧化经过两个主要过程，微晶片层边缘被氧化卷曲破坏引起片层平均直径L，减小。新的C一O键在片层边缘生成，硫酸与硝酸进人片层边缘层间域。HSO，和 HNO，作为插层剂进人无烟煤微晶碳中，层间距d(oo2>由原煤的0.351nm增长到了0.361nm，原有的微晶片层被剥离开，微晶片层的堆叠层数，由6下降到4.5，Raman光谱中Ip/Ig相较于原煤增大（1.9→2.0）， G峰的半峰宽（FWHM)升高（63→68），D，峰的强度提高（10.26→13.78）。大量新的—CO一，—C—O 和一NO，键生成，富氧程度参数大幅提高（0.11→0.42）。经过混酸处理的氧化无烟煤，芳香度f。提高，结
构有序度降低，新增了大量反应活性点，在无烟煤基多孔炭材料开发等领域具有很大潜力，关键词无烟煤；酸浸氧化，XRD；拉曼光谱；ATR-FTIR
中图分类号：TQ536.1
引言
文献标识码：A
DOl: 10. 3964/j. issn. 10000593(2016)11-369806
文在使用硝酸/硫酸混酸浸渍法，制备出具有优化孔隙结构和反应活性端元的氧化无烟煤的基础上，以XRD、拉曼光谱和衰减全反射红外光谱为测试手段，分析了无烟煤氧化前后
充分利用国内丰富的煤炭资源，通过煤炭的清清转化，
将高碳能源转换为低碳能源，实现能源、经济、环境协调发展，是我国能源发展的重要方向。煤的结构特征在煤的燃烧、液化、气化性能以及材料学的开发利用中起着决定性作用。研究煤的结构对于煤的成因分析以及深加工利用有着重大意义。由于煤是在地质历史时期中形成的非晶态、不均复杂有机岩，其结构研究具有一定困难，近年来，X射线衍射（XRD)1}、透射电镜（TEM)、核磁共振(NMR)[3}、傅里叶变换红外光谱(FTIR)[和Raman光谱等结构分析测试方法开始用于煤结构的分析。
煤是进行多孔炭材料生产的重要前驱体，变质程度较高、高碳含量的无烟煤是用于生产活性炭的主要煤种之二6}。由于无烟煤具有细密的孔隙网络和较低的挥发分含量，通常用于制备以微孔为主的多孔材料。前人通过对原煤进行前处理，尝试制备了其他孔结构的煤基活性炭7-汀。本
收稿日期：2015-04-03，修订日期：2015-08-16
的谱学特征，研究无烟煤在酸没氧化过程中的结构变化，为无烟煤进行高性能煤基多孔炭材料的开发提供基础数据和理论指导，
实验部分
1
1.1样品
实验样品采用云南昭通小发路矿C5煤层的三号无烟煤。该煤具有超低灰、低硫、高碳的特殊性质，煤中镜质组达90%，半镜质组和情质组仅8%，最大镜质组反射率高达 2.99%，随机镜质组反射率达到2.50%，属于变质程度较高的无烟煤。
1.2氧化方法
使用硝酸（65Wt.%)与硫酸（80Wt.%）按1：3的质量比混合，将无烟煤破碎至120～180目，取10g样品置于60
基金项目：国家自然科学基金项目(51274015)，国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2014CB846000)和北京大学开放测试基金项目资助
作者简介：黄杜斌，1989年生，北京大学地球与空间科学学院博士研究生
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