褐煤分子关键活性基团抽提对低温自燃特性影响机制研究

　　针对褐煤低温氧化阶段自燃机理不清的问题，研究人员通过四种溶剂（环己烷、纤维素酶、茶多酚、四氢呋喃）抽提实验，结合FTIR（傅里叶变换红外光谱）、TG/DSC（热重/差示扫描量热）和程序升温技术，揭示了关键活性基团含量变化与宏观氧化特征参数的关联性。研究发现抽提后煤样氧化产物体积分数和耗氧突增点延迟，反应活性与热物理强度减弱，为通过靶向阻断活性基团抑制煤自燃提供了理论依据。

　　

煤炭作为中国工业发展的关键能源基础，其主导地位在可预见的未来仍将持续。然而，随着煤矿开采深度和强度的增加，地质条件日益复杂，煤自燃灾害风险显著上升。煤分子中的活性结构与氧气反应积累热量是自燃的内因，尤其在低温氧化阶段，关键活性基团如何影响自燃特性尚不明确，这制约了早期高效防控技术的开发。

为解决这一问题，来自双鸭山矿区的研究团队选取典型褐煤，采用四种溶剂（环己烷、纤维素酶、茶多酚、四氢呋喃）进行抽提实验，结合傅里叶变换红外光谱（FTIR）定量分析基团含量变化，通过热重/差示扫描量热（TG/DSC）和程序升温实验测定宏观氧化参数，并采用相关性分析探究溶剂抽提效率与关键基团含量对自燃特征参数的影响机制。

实验煤样分析
研究选用东北双鸭山矿区褐煤，其分子结构简单、芳香环缩合度低且富含侧链基团，有利于溶剂相互作用。煤样经破碎筛分后真空保存，工业分析显示其高挥发分（46.82%）和低灰分（8.31%）特性，符合低温氧化研究需求。

溶剂抽提效率
通过质量差法计算抽提效率，发现四氢呋喃对脂肪烃（-CH₃
/-CH₂
-）的剥离效果最佳（效率达12.37%），而茶多酚对羟基（-OH）的选择性最强。FTIR半定量分析表明，抽提后脂肪烃吸收峰（3000-2800 cm^-1
）和羟基峰（3400 cm^-1
）强度显著降低，证实溶剂可靶向破坏非共价键连接的活性结构。

低温氧化特征变化
程序升温实验显示，抽提煤样的耗氧突增点温度延迟15-22°C，CO生成体积分数峰值降低18.6%-34.2%。TG/DSC证实抽提样品在50-150°C阶段的失重率下降26.8%，放热强度减弱41.3%，表明活性基团减少直接抑制了低温阶段的氧化动力学进程。

相关性机制
统计分析揭示：脂肪烃含量与耗氧速率（R=0.892）、羟基含量与CO生成（R=0.843）呈强正相关。研究提出"三阶段削弱机制"：抽提降低活性基团丰度→减弱反应活性强度→减少质量损失与热效应累积，最终延缓自燃进程。

该研究首次系统阐明了溶剂抽提对褐煤低温自燃特性的多尺度影响机制，为开发基于活性基团阻断的高效阻化剂提供了理论支撑。成果发表于能源领域顶级期刊《Fuel》，对煤矿火灾早期防控具有重要实践价值。未来可进一步筛选特异性溶剂，优化对芳香烃侧链等难剥离结构的靶向抽提效率。