李美芬
- 作品数：31 被引量：291H指数：11
- 供职机构：太原理工大学更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金国家教育部博士点基金年山西省研究生优秀创新项目更多>>
- 相关领域：化学工程天文地球理学矿业工程更多>>
- 中煤级煤Micro-Raman结构对甲烷吸附的响应
- 2022年
- 煤与甲烷、二氧化碳等流体作用后的体积膨胀及其机制一直是煤层气地质学和煤与瓦斯突出防治研究中的重要课题之一。以往的研究主要集中在宏观吸附膨胀及变形,并从力学的角度解释其膨胀机制。实际上,煤作为由大分子构成的分子体系,与甲烷、二氧化碳的相互作用是一种分子现象,其膨胀变形的本质应该是分子体系发生了变化,因此揭示煤大分子结构对煤体吸附膨胀的响应特征是认识其机制的基础。应用显微-拉曼光谱法对吸附甲烷前后的8个中煤级煤样(镜质组最大反射率R_(o)=1.08%~1.80%)进行了结构表征,并运用Origin 8.5软件对煤样吸附甲烷前后的拉曼光谱曲线进行了分峰拟合,在此基础上计算了煤样吸附前后的拉曼光谱结构参数。结果表明:原煤和吸附煤的G峰与D峰的峰位差d(G-D)随着煤级的增加有增大趋势,G峰半峰宽(FWHM-G)呈减小趋势,表明在反射率1.08%~1.80%阶段,煤结构有序度和微晶尺寸随煤级增加而逐渐增加;大芳香环(≥6)的相对含量(A_(D)/A_(G))出现先增加后减小的趋势,这是以较大芳香环的生成为主转为向石墨结构生成为主的结果;随着煤级增加,原煤的大芳香环结构中“杂质”(A_(S)/A_(D))及氢化芳环上的C—C的含量(A_(S)/A_(total))均有减小的趋势,反映出煤结构中sp^(2)-sp^(3)杂化烷基碳或氢化芳环逐渐减少,有序度逐渐增加;当R_(o)>1.3%时,吸附煤相对原煤的d(G-D)及A_(D)/A_(G)减少,小芳香环相对含量(A_(GR+VR+VL)/A_(D)),A_(S)/A_(D),A_(S)/A_(total)和FWHM-G增加,表明甲烷吸附变形引起环数较大的芳香环和微晶结构破裂形成较小的芳香环。这一结果对于认识煤大分子结构与甲烷的相互作用机制提供了理论依据。
- 陈小珍李美芬曾凡桂
- 关键词：MICRO-RAMAN
- 伊敏褐煤腐植酸结构特征及其分子模型构建
- 2024年
- 从褐煤中提取腐植酸对于实现褐煤的清洁高效利用具有重要的意义,而探究蒙东地区褐煤腐植酸结构并构建相应的分子模型对于该地区褐煤应用具有广泛的指导作用。采用碱溶酸析法提取蒙东伊敏褐煤的腐植酸,通过采用X射线衍射、^(13)C核磁共振以及X射线光电子能谱等方法对腐植酸的结构特征进行全面表征。结果表明:伊敏褐煤腐植酸中的芳香结构是基础,而脂肪结构主要以交联键以及侧链形式存在;褐煤腐植酸中的芳香团簇尺寸较小,芳香层间距相对较大,且呈现无序排列。根据结构表征相关参数,重构了具有代表性的中国蒙东伊敏褐煤腐植酸分子模型。所构建的伊敏褐煤腐植酸分子结构模型计算数据与实验数据大体吻合,能够充分反映伊敏褐煤腐植酸的化学结构特点。模型中芳香碳结构主要以苯、萘环的形式呈现,少量以菲环形式的存在;脂肪碳主要以较短的侧链和脂肪环形式存在,起到连接芳香基本结构单元的作用。氧元素主要以羧基和酯等O—C=O形式存在,同时还包括一定量的酮、醛、醌、酚、醇以及醚氧,其中羰基C O和醚氧具有交联作用。氮元素则主要以吡咯环的形式存在,并伴有少量的吡啶环和季氮。与西南地区云南褐煤腐植酸结构相比,伊敏褐煤中的芳香碳含量更高且吡咯含氮官能团所占比例也更大,并呈现出一定的地区差异性。
- 赵云刚李美芬李美芬赵月圆王小令邵燕穆瑞峰胡子晗
- 关键词：腐植酸结构特征分子模型交联键
- 煤中芳核侧链模型化合物丁基蒽的初次热解被引量：6
- 2009年
- 利用Gaussian 03程序包中的DFT/B3LYP方法,在6-311G基组上对煤的模型化合物正丁基蒽烷基侧链热解机理进行了研究,计算了不同温度下各反应路径的热力学参数及产物自由基的前线轨道能级差。结果表明:正丁基侧链上最容易发生的反应是β位C—C键的断裂;在正丁基蒽的3个同分异构体中连在γ位的侧链反应活性最高;芳环尺寸对烷基侧链的β位C—C键有一定的影响,但对其他C—C键影响不大。
- 贾建波曾凡桂李美芬谢克昌
- 关键词：热解煤
- 聚集态结构热模拟演化特征HRTEM分析——以内蒙古伊敏煤为例被引量：4
- 2021年
- 以伊敏煤为研究对象,利用高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)对伊敏煤热模拟后4个不同温度点(384,456,528和600℃)产物的聚集态结构特征进行了研究,并利用热重质谱联用(TG-MS)实验分析了伊敏煤热解过程中主要气态产物的析出特征。研究结果表明,伊敏煤热模拟过程中,芳香层片的长度、弯曲度、有序性、层间距及堆垛高度等均随温度增加发生了阶段性变化,并与热解过程中气态产物的生成密切相关;384~456℃阶段,1×1芳香层片增多,而较大尺寸的芳香层片减少,弯曲度为1.0~1.2的芳香层片增多,较大弯曲度的芳香层片减少,有序性变好,这些现象均与芳香结构内羧基或其他含氧杂环裂解有关,与此同时芳香层片层间距减小,堆垛高度增加;456~528℃阶段,体系内芳香甲基或芳香甲基醚键断裂生成甲烷,新形成的芳香结构聚合,导致1×1芳香层片减少,较大尺寸芳香层片增多,弯曲度为1.0~1.2的芳香层片减少,较大弯曲度的芳香层片增多,有序性变好,同时芳香层片层间距减小,堆垛高度增加;528~600℃阶段,煤热解以小芳香层片的缩聚反应生成大量H_(2)占主导地位,因此1×1芳香层片大幅减少,较大尺寸芳香层片大幅增多,弯曲度为1.0~1.2的芳香层片减少,较大弯曲度的芳香层片增多,芳香层片有序性变差,芳香层片层间距略有增大,堆垛高度显著增加。
- 范晶李美芬李美芬曾凡桂王小令邵燕
- 关键词：热模拟高分辨透射电子显微镜聚集态结构
- 成庄无烟煤大分子结构模型及其分子模拟被引量：35
- 2013年
- 利用晋城矿区成庄矿煤的工业分析、元素分析、13C-NMR、XPS等实验结果,构建了其大分子结构模型。模型中,芳香碳以2、3、4环结构为主,最大环数达五个;脂肪碳以甲、乙基侧链及环烷烃的形式存在。九个氧原子分别以七个羰基(主要为醌基)、一个羟基及一个醚氧的型式存在;两个氮原子以吡咯的形式存在。硫原子含量很低,在模型构建中没有体现。采用分子力学(MM)和分子动力学(MD)方法,对成庄煤结构模型进行能量最小化模拟。结果表明,分子内及分子间芳香层片之间的π-π相互作用,使其以近似平行的方式排列;高煤级煤结构中,短程有序的原因主要是分子间芳香层片的定向排列。分子间的氢键能及范德华能使结构达到最稳构型。
- 相建华曾凡桂李彬张莉李美芬梁虎珍
- 关键词：分子力学分子动力学
- 马兰2号煤层夹矸微量与稀土元素地球化学特征及其地质意义被引量：9
- 2012年
- 运用X射线衍射(XRD)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)及电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)对西山煤田马兰矿区2号煤层不同粒径夹矸的矿物组成、微量元素、稀土元素及常量元素等地球化学特征进行了分析,结合元素与矿物间关联性分析对有害微量元素的地质成因过程进行了探讨。结果表明:夹矸中矿物主要由粗粒级石英、结晶度高的高岭石、细粒级黄铁矿及锐钛矿组成,不同粒径样品中矿物组成不同;物源主要为华北二叠纪聚煤盆地北部的花岗岩,并受华北板块北缘晚古生代火山活动的影响;有害微量元素Cr,Ni和Cu受高岭石和石英控制,Zn和U分别与黄铁矿和锐钛矿关系密切。
- 蒲伟孙蓓蕾李珍李美芬杨高峰曾凡桂
- 关键词：夹矸稀土元素地球化学特征地质成因
- 用密度泛函理论研究煤中甲基苯生成甲烷的反应机理被引量：14
- 2010年
- 低煤级煤大分子芳香结构单元以1～2个环的芳香体系为主,为了理解煤热解甲烷的生成机制,利用量子化学密度泛函理论方法(DFT)对甲基苯热解甲烷的生成机理进行了热力学和动力学计算,计算结果表明,在生成甲烷的所有反应路径中,其控速步骤是甲基苯的脱氢或脱甲基的过程;氢自由基的参与可以显著的降低甲基苯脱甲基的能垒。在温度低于675K时,生成甲烷的主反应路径为:甲基苯上甲基脱氢,然后由氢通过本位(ipso)加成到甲基苯然后脱甲基,最后由甲基夺取甲基苯侧链上的氢生成甲烷。当温度高于975K时,生成甲烷的主反应路径为:甲基苯脱甲基,然后由甲基夺取甲基苯侧链上的氢生成甲烷。在675～975K之间则为这两条反应路径的竞争反应。
- 贾建波曾凡桂李美芬谢克昌
- 关键词：甲基苯热解机理密度泛函
- 伊敏煤热解过程中化学结构演化特征的原位拉曼光谱被引量：2
- 2022年
- 我国低煤阶煤储量丰富,因此实现低煤阶煤的高效利用是当前我国能源产业发展的重要方向。近年来的研究发现,利用低煤阶煤制备石墨可能是低煤阶煤高效利用的途径之一,而低煤阶煤化学结构在线演化特征的深刻理解是低煤阶煤石墨化机制了解的基础。基于此,以伊敏煤为研究对象,对其进行了原位拉曼光谱(Raman)及热重/质谱联用(TG/MS)测试,并运用分峰拟合软件对各原位拉曼光谱谱图进行了分峰拟合,在此基础上计算了拉曼结构参数。结果表明,随温度升高,拉曼参数表现出明显的阶段性变化特征,而且与热解产物的生成密切相关。当热解温度低于300℃时,拉曼参数AS/AAll明显减小,A_((GR+VL+VR))/AG,FWHM-D,FWHM-G与AD/AG增加,这是由于煤热解在这一阶段以煤中物理吸附的水、气体的膨胀及氢键的断裂为主,导致大量无定形结构暴露,结构有序度降低;第2阶段为300~700℃,此阶段体系中发生剧烈的解聚和分解反应,CO_(2)及烃类产物大量生成,拉曼参数FWHM-D,FWHM-G,AS/AAll和AD/AG急剧减小,而A_((GR+VL+VR))/AD和A_((GR+VL+VR))/AG增大,表明芳香族取代基的脱落以及连接大芳香环间的各种桥键断裂导致大芳香环结构减少,而小芳环结构增多,同时因缺陷结构大量减少导致结构有序度增加;第3阶段发生在700℃后,FWHM-D,FWHM-G,A_((GR+VL+VR))/AD和A_((GR+VL+VR))/AG减小,AD/AG和AS/AAll值增加,该阶段煤热解以芳环缩聚脱氢为主,导致6个或6个以上稠环比例相对增加,交联密度增大,且由于缺陷结构的大量脱除,微晶结构定向排列明显增加,无定形碳结构向有序性转化。这些结果是深入理解低煤阶煤变质作用及石墨化作用机制的基础。
- 李美芬李美芬邵燕陈小珍崔曦左家琦蒋恒宇
- 关键词：石墨化作用
- 中煤阶煤结构演化的Raman光谱表征被引量：1
- 2023年
- 发生在中煤阶阶段的第二次煤化作用跃变导致煤的许多物理化学性质出现了转折性变化,而聚集态结构变化可能是导致这种转折性变化的根本原因。为详尽研究中煤阶煤结构演化特征及其与第二次煤化作用跃变的关系,选取了6个跨越第二次煤化作用跃变的中煤阶煤样(R_(o,max)=1.10%~1.63%),应用拉曼光谱法(Raman)对其进行结构表征,并利用分峰拟合软件分别对其一级模和二级模光谱曲线进行分峰拟合,在此基础上计算了相关结构参数。结果表明:Raman结构参数随R_(o,max)的演化不是线性的,反映煤结构演化的复杂性,据Raman结构参数的演化特征,可以将R_(o,max)=1.10%~1.63%阶段的煤化作用分为3个阶段,转折点分别位于R_(o,max)=1.30%和R_(o,max)=1.50%附近,正好与前人发现的第2次和第3次煤化作用跃变发生的位置相当,说明Raman结构参数可以反映煤化作用跃变的发生,同时也表明Raman光谱是一种研究煤结构的有效手段。第1阶段为R_(o,max)=1.10%~1.30%,以长链脂肪族结构裂解生成液相物质为主,同时断裂后的较短链的脂肪烃及芳环上的脂肪族取代基会形成脂肪环结构,煤结构的支链化程度增加,阻碍了芳香体系之间的定向排列,芳香体系排列有序度达到最差,表现为WG最小(G峰位置),FG/D最大(F为两峰半高宽比),A_(D)/A_(G)最小(A为峰面积),AS/A1增加,A_((2G)R)/A_(2)大幅减小;第2阶段为R_(o,max)=1.30%~1.50%,上一阶段形成的脂肪环发生芳香化作用,导致芳香C—H结构含量增加,无定形碳含量达到最少,芳香化程度及芳香结构有序度均增加,表现为A_((GR+VL+VR))/A_(D)、A_((GR+VL+VR))/A_(G)和FG/D大幅减小,A_(D)/A_(G)增加,WG及d(G-D)快速增加;第3阶段为R_(o,max)=1.50%~1.63%,一方面,第二阶段形成的芳香环之间发生缩聚反应,导致A_((2G)R)/A_(2)减小,另一方面,芳香环体系间的各种桥键继续断裂,导致一些小尺寸芳香结构的生成,表现为A_((2G)R)/A
- 邵燕陈小珍李晔熙左家琦崔曦蒋恒宇李美芬
- 关键词：RAMAN光谱聚集态结构
- 鄂尔多斯盆地东胜煤田侏罗系煤中元素地球化学特征及其古环境意义
- 2024年
- 本文以鄂尔多斯盆地东胜煤田塔然高勒矿区锡尼布拉格勘查区6-5号钻孔延安组煤为研究对象,在工业分析和元素分析的基础上,采用X射线荧光光谱仪(XRF)和电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定了煤中常量元素及微量元素含量,对煤中元素的富集程度进行了分析,并利用煤相参数和地球化学参数对延安组不同煤层的沉积古环境进行了重建。结果表明:不同煤层样品以低水分含量、(特)低灰分产率、特低硫含量和中高挥发分产率为特征,煤中硫以有机硫为主;不同煤层煤中常量元素均以SiO_(2)和Al_(2)O_(3)为主,其次为CaO、Fe_(2)O_(3)和Na_(2)O;煤中微量元素富集程度不同,3#煤中富集Cr、Zr、Nb、Ta和Th,轻度富集V、Cu、Zn、Ga、Y、Ba、Yb、Hf、W、Pb和U,4#煤中富集Sb,轻度富集Ba、Be、Co,5#煤中轻度富集Be和Co,6#煤中轻度富集Cr和V;稀土元素结果表明,3#煤和6#煤以重稀土富集型为特征,4#煤和5#煤以中/重稀土富集型为特征,不同煤层均存在Eu正异常现象;不同煤层煤岩显微组分均以惰质组为主,其中4#煤中惰质组含量最低;各煤层沉积水体均为氧化环境占主导,其中3#、5#及6#煤形成于酸性、富氧—次富氧、水动力较弱的干燥森林沼泽相,而4#煤形成于酸性、富氧—次富氧、水动力较弱的干燥森林沼泽相与碱性、缺氧—极贫氧环境、水体环境波动较大的潮湿森林沼泽相,这两种环境交替出现。
- 李美芬马丹李磊韩智蒋恒宇崔曦李瑶李瑶邱旺王树斌
- 关键词：鄂尔多斯盆地地球化学古环境
