褐煤添加对羊粪有机肥发酵过程中水溶性有机物光谱学变化特征的影响

研究添加褐煤对羊粪有机肥中水溶性有机物(DOM)光谱学特性的影响,为高腐殖酸有机肥的腐熟度评价提供依据。以内蒙古褐煤、羊粪为原料,添加10%褐煤进行羊粪有机肥发酵,对不同阶段有机肥样品的DOM进行紫外可见光谱、荧光光谱、FTIR的表征。紫外-可见吸收光谱分析显示,有机肥样品的E₄/E₆值随着有机肥发酵的进行呈现出先下降后上升的趋势,由有机肥开始时的9.110 4降至最低为4.647 7,再升为有机肥结束时的5.390 1;A₁呈现先减小后增大趋势,A₂和A₃均呈现先增大后减少的趋势,峰值出现在12 d。同步荧光光谱显示,荧光峰光强的比值(I₄₇₀/I₄₃₅) 由有机肥起始的0.452 8上升至有机肥结束的0.655 2;A_HLR/A_FLR呈现上升趋势,从有机肥开始的0.673 9上升至有机肥结束的1.040 8。经过18 d的有机肥发酵后,有机肥发酵结束后样品荧光强度小于有机肥起始时的荧光强度,而且10%褐煤添加的羊粪有机肥的相对荧光强度明显高于未添加褐煤的荧光强度。FTIR显示,18 d的有机肥发酵过程中DOM中的碳水化合物、蛋白质被逐渐分解,而羧基、含苯环的物质含量明显增加。随着发酵的进行,DOM中的非腐殖质物质转化为类腐殖质,不饱和结构的多聚化或联合程度变大,稳定度增加;添加褐煤可以有效促进羊粪中木质素类物质的分解,提高羊粪有机肥DOM的芳构化程度,促进羊粪有机肥腐熟。     

褐煤水热提质改善水煤浆的成浆性、流变性和稳定性的实验研究

采用水热法对小龙潭褐煤进行提质处理,从煤质特性、含氧基团、表面亲水性和粒度分布等因素,探究了水热提质对褐煤水煤浆成浆浓度、流变特性以及稳定性的影响。结果表明,水热提质脱除了褐煤中的水分,氧含量降低,煤阶升高。水热提质脱除了褐煤中含氧基团,煤水表面接触角增大,褐煤表面亲水性得到改善。小龙潭褐煤颗粒粒度呈现双峰分布,水热提质后褐煤颗粒粒径减小且趋于规则。水热提质改善了水煤浆的成浆性能,成浆浓度由提质前的44.09%,最高可提升到61.94%。在相近的表观黏度下,水热提质后水煤浆的稠度系数K减小,流变指数n增大,水热提质在降低浆体黏度的同时,仍保持假塑性流体特征。水热提质降低水煤浆的析水率,延缓了浆体出现硬沉淀的时间,改善浆体的稳定性。水热提质从理化特性对褐煤进行深度改性,从而获得高浓度,假塑性以及稳定性良好的符合工业应用的水煤浆。     

取代基效应对褐煤模型化合物离解焓影响的理论研究

为了探究褐煤热解过程中氧桥键C-O均裂这一重要反应, 选取α-O-4和β-O-4类结构单元作为褐煤模型化合物, 运用不同密度泛函计算了部分模型化合物中C-O的离解焓, 并以CBS-QB3作为理论基准值进行比较, 最后选取M05-2X进行离解焓计算. 结果显示, 对于选定的α-O-4和β-O-4类模型化合物, 其平均离解焓分别为51.0 kcal/mol和66.1 kcal/mol. 周围取代环境能显著影响C-O离解焓, 芳环上存在给电子基团(OH, OCH₃和CH₃)能降低C-O离解焓, 而吸电子基团COOH则能增加其离解焓. 然后深层次分析了取代基效应对C-O离解焓的影响. 此外, 分子内氢键的形成对离解焓也有很大的影响. C-O的离解焓与其键长没有特定的相关性, 不能简单的通过C-O键长来预测其离解焓.     

麦秸秆与黑龙江褐煤共热氧化法制备腐植酸及其结构分析

结合矿源腐植酸(HA)产率高及生化HA活性高的特点，本研究提出将低阶煤与生物质共热氧化制备复合型HA(MIXHA)的想法。将黑龙江褐煤(HL)及麦秸秆(WS)的混合物(MIX)在10%的HNO₃溶液中进行了共热氧化，制备了MIXHA。通过SEM、FT-IR、¹³C NMR等分析，重点从HA的宏观形貌及微观结构对比了MIXHA与HL、WS分别单独制备的矿源HA、生化HA，分析HL与WS在共热氧化过程的协同作用。结果表明，MIXHA含量高于理论值，HNO₃分子的分解产生的活性氧原子、氮氧化物进攻HL与WS的分子结构，由于氢键重排、糖苷键断裂、交联等作用，WS纤维素与半纤维素产生的大量烷基自由基结合在HL缩合芳环上被氧化产生的醌基、羧基的邻对位，从而将芳香环上的质子碳转化为脂肪取代碳。得到的MIXHA含氧官能团丰富、活性高，FT-IR谱图具有明显的特征峰。本研究为低阶煤与农林废弃物的分级、资源化利用提供了一种新思路。