义马北露天矿区煤的高级氧化还原降解的红外光谱研究

2016年第10期中州煤炭总第250期义马北露天矿区煤的高级氧化还原降解的红外光谱研究高文秀(河南省生物遗迹与成矿过程重点实验室，河南焦作454000)摘要：根据河南义马所采煤样进行高级氧化还原降解的红外光谱研究，针对以往煤生物成气或煤的深加工利用时遇到的如何将煤的大分子结构破坏成为生物能够直接利用的较小的分子甚至是c1一c4的小分子的瓶颈，采用高级氧化还原过程对煤进行降解，用适合的物理或化学方法，在温和的条件下将煤的立体网状的大分子结构破坏，使之转化为微生物能够直接利用的较小分子，以提高煤降解成气的转化率。采用对煤样进行酸提碱提的实验方式，将煤分子的化学键破坏，并用红外光谱仪进行测定，对其分解状况进行表征。关键词：煤；红外光谱；氧化还原；降解中图分类号：TQ533．6文献标志码：A文章编号：1003—0506(2016)10一ol58—05StudyoninfraredspectraofcoalsdegradationbyadvancedoxidationandreductioninopenminingareasinBeiloutianminingareaofYima0引言煤是古代植物在不同自然环境下，经过一系列生物、化学及物理化学变化而生的复杂大分子固体混合物，具有以环芳为基本结构单元、通过金属离子桥联、氢键、范德华力、偶极作用以及共价键等交联而成的复杂的立体网状的结构，可能有部分小分子镶嵌在立体网状的主体结构中。。煤生物转化是煤在酶或微生物参与下发生大分子的氧化解聚作用，是煤形成过程的逆过程，通过微生物的作用来达到它的降解。20世纪80年代初，煤的生物降解在世界上引起了许多研究者的兴趣，从微生物学、分子生物学、化学以及环境的角度进行了大量研究。1994年Scott首次提出，当向煤层注入微生物种群和营养物质时，强化煤层中的本源微生物的生长，可以促进煤层甲烷产出量；后续的研究表明，无论是煤层中的本源微生物还是驯化富集培养的外源微生物，均可以降解低阶煤而产气。红外光谱的研究开始于20世纪初期，到70年代，在电子计算机蓬勃发展的基础上，傅立叶变换红外光谱(FTIR)实验技术进入现代化学家的实验室，成为结构分析的重要工具。收稿日期：2016—06—02；责任编辑：郭海霞DOI：10．19389／jcnki．1003—0506．2016．10．038作者简介：高文秀(1990一)，女，河南鹤壁人，硕士研究生，2012年毕业于河南理工大学。引用格式：高文秀．义马北露天矿区煤的高级氧化还原降解的红外光谱研究[J]．中州煤炭，2016(10)：158—162，166．GaoWenxiu．StudyoninfraredspectraofcoalsdegradationbyadvancedoxidationandreductioninopenminingareasinBeiloutianminingare·aofYima[J]．ZhongzhouCoal，2016(10)：158-162，166．·158·矗bn一一一～一～～一一一一．三协～一一一～～一姆一一一～～～．一～一一一～‰一～～一一一～_耋一_垂一_蚕一一&_虿-薹∞_§～～㈣．耋∞．至{詈_要一～一～～一～一一一_喜¨吼m_呈嘶㈨Ⅲ_呈毗a．m0m．釜～一～～～～～一一～㈣．至_m阳Ⅷ～一一～一～一一2016年第l0期高文秀：义马北露天矿区煤的高级氧化还原降解的红外光谱研究总第250期它以高灵敏度、高分辨率、快速扫描、联机操作和高度计算机化的全新面貌使经典的红外光谱技术能够有效地应用于煤化学的研究中。有关煤的降解研究近20年来有了较大的进展，所得结果表明，煤经生物作用转化为一种很复杂的水溶性的有机混合物，含有丰富的官能团。。。所以，尽管有关生物降解煤成气的机制至今仍不清楚，但仍可以参考自然界甲烷的生成途径。1采样区地质背景义马市位于河南省西部，矿产资源丰富，煤炭总储量达79亿t，素有“百里煤城”之称，是我国重要的煤炭基地之一。义马矿区位于渑池县和义马市的南部，下属6个矿区：耿村矿、千秋矿、杨村矿、常村矿、跃进矿、北露天矿，其中采样地点就在北露天矿，矿田内含煤岩系为侏罗系下统义马组。可采煤2层；底层煤厚0．10～21．22m，中层煤厚1．33～5．48m。局部可采煤4层；位于底层煤之下，厚0～3．23m，与煤矸互层。其中中侏罗统义马组是研究采样的地点，本组分布全区，且较稳定，其岩性主要为一套灰、浅灰、灰黑色中一厚层状细砂岩、粉砂岩及砂质泥岩。此组与上覆中侏罗世晚期东孟村组为假整合接触，与下覆底砾岩层为整合接触。2酸提碱提实验2．1实验材料本实验所需药品包括：氢氧化钠、煤粉、蒸馏水、盐酸。所需器材包括：100mL三角烧瓶15个，500mL溶液瓶，过滤器，胶皮管，量筒，滴管，坩埚，pH