煤活性基团超声萃取离散化与静电势分布特性

梁旭; 张慧峰; 高成登; 张玉涛; 刘可忻

doi:10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2026.0209

西安科技大学学报 ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (02) : 330 -339. DOI: 10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2026.0209

煤活性基团超声萃取离散化与静电势分布特性

梁旭, 张慧峰, 高成登, 张玉涛, 刘可忻

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摘要

煤低温氧化关键活性基团的反应特性是揭示煤自燃机理与防控的核心，研究其演变规律与作用机制对高效靶向阻化材料的开发和煤自燃预测具有重要的理论与实践意义。选取无烟煤为研究对象，通过超声萃取技术与量子化学计算方法，系统探究羟基（-OH）、醛基（-CHO）、甲基（-CH₃）及苯环侧链基团的氧化反应机制；依据“相似相溶”原则，选取乙二胺、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、正己烷和甲苯作为萃取剂，利用Gaussian 16量子化学软件构建煤分子结构，通过FTIR试验对萃余煤样的结构变化进行验证，阐明关键基团在煤低温氧化过程中的演变规律及其对自燃倾向性的影响。结果表明：煤自燃关键基团稳定性顺序为Ar-CHO>苯环侧链>Ar-OH>Ar-CH₃,芳香甲基稳定性最差，其活性位点最易被氧化攻击并引发链式反应；醛基基团最稳定、活性最低且不易参与反应；乙二胺通过N-H-O氢键可高效萃取-OH,NMP与碳氧基团能够形成强氢键，正己烷依赖色散力可以溶解脂肪族结构L;甲苯则通过π-π堆叠作用能够靶向萃取芳香族组分。研究结果揭示了煤活性基团与萃取剂分子间的相互作用机制，为开发靶向阻化材料提供了一定的理论依据。