低阶煤氧化自燃过程中的官能团变化特性摘要：利用傅里叶变换红外光谱仪（ftir）研究分析了低阶煤自燃过程中各官能团连续变化的趋势，结果表明：氧化大大促使了活性基团的变化过程，在氧化升温过程中甲基亚甲基和含氧官能团变化趋势更加显著，活性得到了不同程度的提高。
经推断各含氧官能团之间在氧化升温过程中相互转化，最终生成羧酸酯和低阶煤自燃的气体产物。
关键词：煤氧化官能团变化特性
中图分类号：td752 文献标志码：b
0、引言
煤炭自燃的过程是由于煤中含有的活性基团与氧反应发出热量导致温度的升高最终引发自燃，其中侧链是煤氧化过程中的主要活性基团。
但目前对煤中主要活性侧链的的种类和氧化过程还认识不清，本文采用傅里叶变换红外光谱仪（ftir）以容易自燃煤为研究对象进行此类研究，分析容易自燃煤的主要活性侧链官能团在其氧化自燃过程中的变化特性，以找到合理有效的路径阻止其氧化的进一步进行，并以此达到阻止自燃的效果。
1、样品与实验步骤
1.1 实验煤样
实验煤样选用北皂褐煤、义马长焰煤和大佛寺不黏煤，煤样的工业分析和元素分析测试结果见表1。
表1 煤样的工业分析与元素分析
1.2 实验步骤
将原来干燥好的煤粉放到玛瑙钵里进行研磨20min，将研磨好的细煤装入原位反应池中，采用温控仪进行程序升温，用ncolet6700傅里叶变换红外光谱仪进行煤低温氧化过程的原位反应分析。
光谱扫描波数范围为650-4000cm-1，分辨率为4cm-1，样品扫描次数为64次，实验需先进行kbr背景基矢采集，再完成煤的低温氧化过程的原位红外测试。
最后采用曲线拟合进行红外光谱处理，对三维红外测试谱图各峰位官能团变化趋势进行原位分析。
2实验结果及分析
按照1.2实验步骤得到煤样在氧化过程中各官能团的变化趋势图，以北皂褐煤为例，其各官能团的变化趋势图如下所示：图2-1北皂褐煤-ch3、-ch2-谱图变化趋势
由图2-1可知北皂褐煤波数在2000cm-1以下的甲基亚甲基吸收峰呈逐渐增长趋势，而波数在2000cm-1以上的谱峰呈先减小，后又呈现缓慢增加趋势，又转为迅速减小。
波数在2000cm-1以上的谱峰，先减小的一段区间逐渐减少，减少幅度也在不断降低，中间一段增加的区间逐渐往后推，增加幅度也在逐渐增大。
图2-2 北皂褐煤芳烃-ch谱图变化趋势图2-3 北皂褐煤-coo-r 谱图变化趋势
由图2-2可知，在氧化升温过程中北皂褐煤的芳烃次甲基主要
呈现逐渐减小的趋势，在135℃以后逐渐稳定。
由图2-3可知，羧酸酯是在煤氧化升温的过程中由酸和醇化合生成的，但由于其分解温度较高，因此在氧化升温过程中并未出现减少趋势。
在氧化升温过程中酸和醇逐渐增加，使羧酸酯的产生速率也大幅提升。
图2-4 北皂褐煤-oh谱图变化趋势
图2-4中，根据北皂的(a)类图可以看出几乎都分为增加和减小两个变化趋势范围的谱图。
而对于峰位波数较高的醇，酚，醚，酸，过氧化物和水中含有羟基的伸缩振动，整体都呈现减小趋势，而从(b)类图中我们可以看到呈减小趋势的谱峰，北皂褐煤和义马长焰煤是逐渐减小的，而对于大佛寺不黏煤是先减小后以100℃为拐点进行逐渐增加的，增幅较大峰波动性也较大，以游离的-oh、自缔合氢键和部分的酚、醇、羧酸、过氧化物的oh伸缩振动波动性最为显著，充分体现了-oh的活泼性和不稳定性。
实验按照相同的方法还对氧化升温过程中取代苯类、羰基、羧基、碳氧键、芳环c=c谱图变化趋势进行了分析，分析结果为：
⑴在氧化升温过程中，其取代苯类都呈现先减小又逐渐增加的趋势，且由单取代向多取代的变化，前期减少量和变化速率逐渐降低，即多取代的增加更加显著，减小区间更短。
⑵在氧化升温过程中，羰基c=o整体呈增加趋势，其中北皂褐煤不黏煤的醛、酮、酯类羰基呈波动线性增加。
⑶波数在1699.0cm-1处的羧基吸收谱峰为主要变化的吸收峰，成增长趋势，且北皂褐煤在增长过程中波动性比较大。
其他波数的吸收谱峰北皂褐煤呈先减少后增加的趋势。
谱峰变化趋势主要是由于在氧化升温过程中，氧气参与反应生产过氧化物的不稳定性造成的。
⑷在氧化升温过程中，低阶煤中的碳氧键主要是酚、醇和脂肪醚中的c-o键振动，主要集中在低波数峰的，均呈现为逐渐增加的趋势。
⑸芳香环c=c变化是成逐渐增大的趋势，对于义马长焰煤的谱峰变化过程比较稳定，波动较小，对于北皂褐煤和大佛寺不黏煤都在波数1530cm-1左右的峰位出现整个过程波动较大的吸收峰。
根据芳香环对温度的稳定性以及其桥连得各项支链和官能团可知，逐渐增加的变化趋势是由于各项支链和官能团不断断裂造成的，而变化波动比较大的峰位应该是桥连含氧官能团的支链，在不断地变化中产生的波动趋势。
3结论
⑴氧化大大促使了活性基团的变化过程，在氧化升温过程中甲基亚甲基和含氧官能团变化趋势更加显著，活性得到了不同程度的提高，经推断各含氧官能团之间在氧化升温过程中相互转化，最终生成羧酸酯和低阶煤自燃的气体产物。
⑵甲基亚甲基断裂氧化产生的大量小分子自由基在缓慢氧化变
化阶段的过程中起到主导的作用，对煤自燃过程的引发有重要作用；不同煤阶因结构不同导致热解和氧化实验官能团变化的差异性，氧化实验过程中氧化作用使含氧官能团部分生成以碳为中心的氧自由基，对煤的自燃有重要作用。