卤素离子液体对煤结构及热解特性影响的研究

摘要

溶胀是能够改善煤性质、提升煤使用效率的方法，近年来离子液体作为溶胀试剂被用于煤炭溶胀.尽管普通离子液体作为溶胀试剂稳定性强且对环境友好，但由于极性较低，对煤溶胀效果较差，而卤素离子液体凭借卤素原子高极性的特点具有较强的极性.因此选用不同卤素离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([Bmim]Cl)、1-丁基-3-甲基咪唑溴盐([Bmim]Br)、1-丁基-3-甲基咪唑碘盐([Bmim]I)对长焰煤进行溶胀，以探索卤素离子液体对煤结构性能的影响.结果表明：溶胀效果有[Bmim]Cl>[Bmim]Br>[Bmim]I的规律，其中[Bmim]Cl溶胀煤样在25℃下处理36 h的溶胀度提升最大，为25.07%.且溶胀使煤样结构发生改变，煤样芳香片层间距明显增加，表面小分子碎片明显增多；氧元素质量分数降低，最高降低了3.63%.溶胀样品失重率增加，热解温度向低温区域移动.模拟结果表明：卤素离子液体使含氧官能团形成的氢键普遍发生弱化，强氢键转变为弱氢键，部分氢键甚至发生断裂.研究结果为提高煤炭热解、液化效率，促进煤炭资源的高价值利用提供了理论基础.

关键词

卤素离子液体 / 溶胀 / 含氧官能团 / 量子化学计算 / 长焰煤

基金资助

国家重点研发计划项目(2023YFC2907703); 山东省自然科学基金项目(ZR2024ME001); 泰山学者工程专项经费资助项目(tsqn202306201)