煤炭中温活化碳共价键解聚机理

• 作者: 王明月 张思源 周丽 任强强
• 来源期刊: 洁净煤技术
• 学科: 化学
• 关键词: 活化反应 反应活性 共价键解聚 碳结构 热处理
• 年，卷（期）: 2023,（1）
• 所属期刊栏目: “煤基先进能源清洁低碳利用理论与技术”专题
• 页码范围: 132-141
• 页数: 10页
• 语种: 中文
• DOI: 10.13226/j.issn.1006-6772.22110403

摘要

为研究煤粉不同气氛和温度活化后的热半焦在微观结构上的变化规律，采用拉曼光谱对煤焦碳架结构进行表征，采用X射线光电子能谱(XPS)检测C和O的表面官能团，固态核磁共振碳谱(13C-NMR)表征碳共价键。将3种测量方法互相验证，提高结果可靠性，从微观层面表征半焦的化学结构，分析煤粉中温活化反应中温度和气氛对煤焦化学结构和表面官能团演变的影响，并探讨中温活化机理。结果表明，60～900℃下CO2和水蒸气对半焦活性均有显著增强作用，这可能是气体分子与煤焦分子结合形成羰基或羧基，在羰基或羧基分子影响下相连的碳键削弱断裂，从而破坏芳香环，产生新的活性位点，增强煤炭反应活性。经800℃下CO2活化或900℃下水蒸气活化后的半焦，活性位点数量均增加2倍以上，同时羰基和羧基占比之和由18%分别增至32%和34%,而CO2中温活化引起接氧脂碳由0.02增至0.11,水蒸气活化后桥碳比为0.01,相比N2热解半焦桥碳比大幅降低。煤粉中温活化反应主要通过形成羰基或羧基破坏芳香结构形成更多活性位点，但二者作用范围及决速步骤不同导致形成的产物有一定差别，CO2主要通过将焦炭边缘的sp2结构转化为富含sp3杂化的碳结构起到活化效果，水蒸气可通过抑制层内石墨化进程达到活化效果。