一种构建煤大分子2D结构模型的方法技术

一种构建煤大分子2D结构模型的方法，基于实验手段获取了煤大分子中确切的化学结构信息，在模型构建之初，即初步确定了模型的分子式，确定了芳香结构单元、脂肪结构单元、氮硫杂原子的类型及数量，确定了大分子结构内部芳香簇、脂肪侧链和含氧官能团之间的键合方式，为绘制初始结构模型提供了依据；进而经过不断调整大分子结构间的键合方式，获取能够反映真实大分子结构的最终2D结构模型。有利于从分子水平上表征煤炭化学结构特性，预测煤在利用过程中的反应性及反应机理。中的反应性及反应机理。中的反应性及反应机理。

【技术实现步骤摘要】
一种构建煤大分子2D结构模型的方法


[0001]本专利技术涉及煤材料研究领域，具体涉及一种构建煤大分子2D结构模型的方法。

技术介绍

[0002]煤化作用的演化伴随着分子组成及微晶结构变化，前人多通过煤化作用过程中分子演化的研究，深入了解煤及其组分的化学结构特性，构建分子模型，从分子水平上预测煤在利用过程中的反应性及反应机理。
[0003]随着科技的发展，越来越多的实验测试技术和计算机辅助分子设计软件被研究人员应用于该复杂分子网络及煤化作用的研究，比如HRTEM、
13
C NMR、FTIR、XRD、GC/MS等。
[0004]煤的大分子结构模型构建方法较多同时结构模型的种类及应用也十分广泛，如Mathews et al、Zhang et al基于HRTEM技术分析了煤大分子结构中晶格条纹的分布和结构信息，开发了褐煤、西山烟煤分子结构模型，以探索煤的结构
‑
行为关系。Cui et al基于
13
C NMR构建的无烟煤大分子模型以表征煤的真实结构。还有Liu et al针对孔隙结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种构建煤大分子2D结构模型的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤1，元素分析测试煤中碳元素C、氢元素H、氮元素N、硫元素S的含量，然后通过差减法计算出氧元素O的含量；步骤2，13C
‑
核磁共振
13
C NMR分峰分析；确定煤中C骨架类型，然后推算出芳香桥碳及外围碳的比率X
BP
，通过X
BP
反映煤分子中芳香环缩聚程度的平均值，用于计算芳香簇的尺寸，并基于X
BP
推算出煤中C原子的总数n，得到煤样最初的分子式；步骤3，傅里叶红外光谱FTIR分峰分析；通过分析红外光谱吸收带的特征获取煤中含氧官能团的含量和类型；步骤4，X射线光电子能谱XPS分峰分析；通过分析杂原子窄谱的特征，分峰拟合评估出杂原子的类型和含量；步骤5，芳香结构单元计算；在确定煤样中C骨架参数中的芳香环碳f
a
’
的含量后，根据C原子总数计算得到芳香环碳的个数F
a
’
；根据计算得到的芳香环碳的个数F
a
’
及X
BP
参数对芳香结构单元进行计算；步骤6，调整初始分子式；为芳香结构单元中的苯环、萘环、蒽环和芘环个数合理分配数值后，计算出一个新的X
BP
*，然后根据步骤2基于X
BP*
再次推算出煤中C原子总数n
*
，最终确定煤样分子式；步骤7，构建模型，通过不断调试大分子结构内部芳香簇、脂肪侧链、含氧官能团的键合方式，构建煤大分子2D结构模型；步骤8，相对误差分析验证；煤的大分子2D结构模型构建完成后，根据分子式提取模型中的原子个数，求取该原子在煤中的占比，进而与元素分析的结果进行相对误差分析验证。2.根据权利要求1所述的一种构建煤大分子2D结构模型的方法，其特征在于：步骤1中，硫元素含量测试时，同时测试煤中各形态的硫元素含量，包括全硫含量、黄铁矿硫含量、硫酸盐含量、有机硫含量，对无机硫元素及含量低于0.5％的有机硫元素进行归一化处理；对归一化处理后的各元素计算其在煤中的含量占比，设煤中C原子总数为n，确定煤结构模型的分子式为C
n
H
(n
×
H/C)
O
(n
×
O/C)
N
(n
×
N/C)
S
(n
×
S/C)
。3.根据权利要求2所述的一种构建煤大分子2D结构模型的方法，其特征在于：步骤1中，归一化处理具体为：
*
C
daf
＝C
daf
+S
p+s+(o≤0.5％),d
×
C
daf
/(C
daf
+H
daf
+O
daf
+N
daf
) (1)
*
O
daf
＝O
daf
+S
p+s+(o≤0.5％),d
×
O
daf
/(C
daf
+H
daf
+O
daf
+N
daf
) (2)
*
H
daf
＝H
daf
+S
p+s+(o≤0.5％),d
×
H
daf
/(C
daf
+H
daf
+O
daf
+N
daf
) (3)
*
N
daf
＝N
daf
+S
p+s+(o≤0.5％),d
×
N
daf
/(C
daf
+H
daf
+O
daf
+N
daf
) (4)步骤1中，通过如下公式(5)～(8)对归一化处理后的各元素确定其在煤中的含量占比：Ratio:H/C＝
*
H
daf
×
12/(
*
C
daf
×
1) (5)Ratio:O/C＝
*
O
daf
×
12/(
*
C
daf
×
16) (6)Ratio:N/C＝
*
N
daf
×
12/(
*
C
daf
×
14) (7)Ratio:S/C＝
*
S
o,d
×
12/(
*
C
daf
×
32) (8)其中：C
daf
表示干燥无灰基煤样中C元素含量；H
daf
表示干燥无灰基煤样中H元素含量；N
daf
表示干燥无灰基煤样中N元素含量；O
daf
表示干燥无灰基煤样中O元素含量；S
t,d
表示空气干燥基中全硫含量；S
p,d
表示空气干燥基中黄铁矿硫的含量；S
s,d
表示空气干燥基中硫酸盐
的含量；S
o,d
表示空气干燥基中有机硫的含量。4.根据权利要求1所述的一种构建煤大分子2D结构模型的方法，其特征在于：步骤2中，
13
...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴财芳，高彬，周丹，程翔，张莎莎，周贺，韩江，蒋秀明，房孝杰，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：