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《辽宁科技大学》 2019年
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八钢肥煤分子结构构建与分析

铁维博  
【摘要】:煤作为冶金焦炭的生产原料,煤性质直接影响焦炭质量。但是,由于对煤性质的认识仍不够清晰,导致了煤性质和焦炭质量之间的关联性比较模糊。现阶段煤的宏观性能分析,光学级别的显微组分分析,纳米级别的透射电镜分析都无法很好地和煤性质建立联系。因此,有必要针对煤分子级别的分子结构进行研究,为进一步认识煤性质提供基础理论。肥煤在配煤炼焦过程中有不可替代的作用,所以本论文选取八钢肥煤(BGM)为研究对象,对BGM的基本性质(元素分析和工业分析)进行了检测,同时对煤样进行检测了~(13)C-NMR、FTIR、XRD等。然后对实验结果逐一进行分峰拟合并计算对应的结构参数。依据实验结果和计算得到的结构参数进行分子结构单元的构建,并运用Chemdraw软件预测~(13)C-NMR,对结构进行修正获得与实验图谱吻合较好的结果。最后对确定的结构单元进行进一步的计算来论证所构建结构的准确性。论文结果表明:经过不断修正优化的结构单元各元素存在形式如下,碳元素的存在形式为2个苯环、1个萘环、2个芘环、1个吡啶环、1个吡咯环;氧元素的存在形式为1个羟基、1个桥氧;氮元素的存在形式为吡啶环;硫元素的存在形式为噻吩基团。利用Chemdraw和Material Studio软件进行计算和修正得到了和实验图谱拟合度非常高的碳位移图谱,从而得到了煤大分子结构单元。采用第一性原理、分子动力学对结构单元进行计算。结构优化后能量变化很大,结构扭转产生片层,趋于紧凑,最终模型是范德华能占主要地位。布局分析表明芳香碳结构相对稳定,桥氧、与氧氮相连的碳、脂肪碳、支链碳等都相对活泼,在热解的过程容易发生断键。频率计算得到了各个原子振动强度拟合出的红外光谱与实验图谱有较好的对应,验证了构建的结构单元的准确性。通过对BGM结构单元添加边界条件,计算该结构单元的密度,得到其体系密度为1.07 g/cm~3。依据结构单元构建煤基质大分子结构,优化后大分子内局部微晶结构参数与XRD实验结果相吻合。通过以上的实验分析与模拟计算,对BGM的认识又加深一步,有利于该煤的进一步使用。
【学位授予单位】:辽宁科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TQ530

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