胜利褐煤预处理对热解断键规律的影响及大分子结构模型构建研究

　　为解决低阶煤热解机理不明确的问题，研究人员通过水热预处理(HTP)和溶剂溶胀预处理(SSP)改变胜利褐煤(SL)结构，结合FT-IR、XPS、13 C NMR等技术构建大分子模型，发现HTP促进Car -O和Cal -Car 键断裂，SSP削弱非共价键，两者均显著提高焦油产率（HTP:9.40%，SSP:9.75%），为褐煤清洁高效利用提供理论支撑。

　　

煤炭作为人类社会发展的基石，在中国能源结构中占比高达55.3%，但低阶煤因高水分、高灰分等特性难以高效利用。随着"双碳"目标推进，褐煤清洁转化成为迫切需求。热解作为煤转化的关键步骤，其机理受煤结构复杂性制约尚未明确。陕西某高校联合国家自然科学基金团队在《Journal of Analytical and Applied Pyrolysis》发表研究，通过水热预处理(HTP)和溶剂溶胀预处理(SSP)调控胜利褐煤(SL)结构，揭示预处理对热解断键规律的影响机制。

研究采用FT-IR分析官能团、XPS测定元素形态、¹³
C NMR获取碳骨架信息，结合TG-IR热重红外联用和固定床反应器，构建了SL(C₁₄₄
H₁₀₄
N₂
O₃₄
S)、HTP(C₁₆₄
H₁₃₀
N₂
O₃₈
S)和SSP(C₁₅₅
H₁₀₈
N)三维大分子模型。

Material preparation and characterisation
通过220℃ HTP和甲醇/四氢呋喃(1:1) SSP处理SL褐煤，元素分析显示HTP使H/C比从0.72增至0.79，SSP降低氧含量至24.13%。

Proximate and ultimate analyses
HTP使酚羟基比例提升至36.58%，SSP溶解小分子化合物。计算显示HTP样品芳香碳分数(f_a
)达0.68，环闭合指数(U)为0.42。

Conclusion

1. 能量计算表明HTP(679 kcal/mol)和SSP(686 kcal/mol)总能量高于原煤(600 kcal/mol)，更利于分子解聚；
2. HTP通过破坏C_ar
   -O和C_al
   -C_ar
   键使轻质焦油产率从41.68%提升至47.62%；
3. SSP主要断裂C_al
   -C_al
   键，焦油产率达9.75%。

该研究首次阐明预处理对褐煤大分子模型能量分布的影响，为定向调控热解产物提供新思路。Xiaoxun Ma团队指出，HTP通过增加氢供给抑制芳环缩合，SSP通过溶剂残留氢稳定自由基，二者协同作用可优化工艺。国家自然科学基金(21536009、22078266)支持的研究成果，对实现低阶煤分级转化具有重要指导价值。