煤的显微组分富集物吸附甲烷微量放热特性的实验研究

【摘要】：煤炭是我国的主体能源之一，在各类矿井灾害事故中尤以瓦斯灾害造成的损失最大。从矿井瓦斯防治的角度来说，需要深入研究煤对甲烷的吸附机理，然而现有的研究主要集中在宏观方面，鲜有从微观方面探讨、评价煤对瓦斯的吸附能力。本论文将选取5种不同变质程度的煤样，制备镜质组富集物（VC）和惰质组富集物（IC），测定显微组分富集物表面孔隙特性和主要官能团，利用C80微量量热仪测量了显微组分富集物吸附甲烷的微量热值，从微观角度研究镜质组和惰质组对甲烷的吸附能力。 本文通过手选和重力离心法获得了纯度较高的显微组分富集物。根据工业分析结果及粘结指数和胶质层最大厚度这些参数真实确定了所取煤样的煤质。 利用低温氮气吸附法获得了显微组分富集物的比表面积、总孔容和平均孔径，结果显示惰质组富集物的比表面积、总孔容和平均孔径均比相应镜质组富集物的大。采用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）获得了显微组分富集物的红外光谱图，得到同一煤样镜质组富集物和惰质组富集物表面官能团的种类和数量不同，利用OMNIC软件对光谱图进行拟合处理，显示镜质组富集物中脂肪烃和芳香烃的含量较高，惰质组富集物中含氧官能团的含量较高。 本文利用C80型量热仪测量了10个显微组分富集物样品吸附甲烷的放热值。主要从脱附气体的选择、煤样粒径及载气流量的选择、煤样样品量的选择、实验温度的选择等方面讨论了各种条件的利弊，最后确定了实验方案。微量热的测量结果显示4中不同变质程度煤样镜质组富集物吸附甲烷的微量放热值要比惰质组富集物的高，从吸附热的角度阐述了镜质组和惰质组对甲烷的吸附能力大小及随煤阶的变化趋势。随煤阶的变化，两种显微组分富集物吸附甲烷的热值与孔隙特性的关系出现了不同的变化。煤表面的脂肪烃和芳香烃更容易吸附甲烷。 【关键词】：微量吸附热 显微组分 官能团 孔隙特性
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ531
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 图清单11-14
• 表清单14-16
• 变量注释表16-17
• 1 绪论17-22
• 1.1 研究背景与意义17-18
• 1.2 研究现状及存在的问题18-20
• 1.3 研究内容与技术路线20-22
• 2 实验煤样的制备与测试22-36
• 2.1 煤的显微组分概述22-23
• 2.2 显微组分富集物的制备23-27
• 2.3 显微组分的检测及分析27-34
• 2.4 本章小结34-36
• 3 显微组分富集物基础特性研究36-63
• 3.1 煤质分析36-39
• 3.2 显微组分富集物孔隙特性研究39-45
• 3.3 显微组分富集物傅里叶红外光谱分析45-62
• 3.4 本章小结62-63
• 4 显微组分富集物吸附甲烷微量放热特性研究63-77
• 4.1 瓦斯吸附热的研究方法63
• 4.2 显微组分瓦斯微量吸附热的测试63-73
• 4.3 显微组分富集物对甲烷吸附能力的影响因素分析73-76
• 4.4 本章小结76-77
• 5 结论及展望77-79
• 5.1 主要结论77-78
• 5.2 主要创新点78
• 5.3 研究展望78-79
• 参考文献79-83
• 作者简历83-85
• 学位论文数据集85

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