Качественный и количественный анализ ультратонкого антрацита методом ИК-Фурье-спектроскопии после механохимической подготовки

Исследовано влияние измельчения на размер зерен и химическую структуру антрацита. С помощью ИК-спектроскопии изучена кинетика измельчения и проведен качественный и количественный анализ функциональных групп. Гранулометрический состав антрацита из провинции Нинся (Китай) соответствует кинетической модели n-го порядка, размер зерна достигает 42 нм через 24 ч. Интенсивность максимума ИК-спектров заметно увеличивается, а поверхностная активность порошка антрацита возрастает после ультратонкого измельчения. Пентазамещенные бензольные кольца ароматического водорода — доминирующие в неочищенном антраците, трис-замещенные бензольные кольца ароматического водорода становятся доминирующей формой после 24 ч сверхтонкого измельчения. Во время ультратонкого измельчения могут происходить циклизация алифатических цепей, дегидроароматизация циклопарафина, реакции замещения ориентирующих групп в ароматических кольцах и декарбоновые реакции бензольных колец. Необработанный антрацит показывает относительно высокую степень метаморфизма, при этом его частицы проявляют высокую активность и могут поглощать больше кислорода после ультратонкого измельчения, увеличивая обогащение кислородом. Группа CH в алифатических углеводородах ультратонкого антрацита в основном исчезает, а при ультратонком измельчении CH2 теряется легче, чем CH3. Кислородсодержащие функциональные группы в антраците изменяются или некоторые из их элементов вступают в реакцию с кислородом, что уменьшает количество свободных групп ОН на поверхности частиц антрацита. При ультратонком измельчении стабильность водородных связей оценивается как ОН… π>ОН… ОН>свободные группы ОН>ОН… эфир>ОН… N>циклические тетрамеры ОН. Изменения указывают на то, что процесс ультратонкого измельчения антрацита также сопровождается химическими реакциями. Результаты служат справочным материалом и руководством для изучения изменений в молекулярной структуре ультратонкого антрацита и последующей глубокой обработки. В частности, наличие меркаптана -SH и FeS2 означает, что сера существует в антраците как в органических, так и в неорганических формах. Пик поглощения сверхмелкозернистого измельченного каолинита усиливается, указывая на диссоциацию минералов, и после измельчения они подвергаются воздействию большего количества примесей. 

1. A. Wan, Y. Wu, J. Wang, R. Tu, L. Pan, X. Qi, Y. Liu, Desal. Water Treat., 180, 126–140 (2020).

2. P. C. Chen, C. Lin, M. H. Chen, P. Y. Chiang, LWT-Food Sci. Technol., 132, 109848–109856 (2020).

3. P. Wang, X. Tan, L. Zhang, Y. Li, R. Liu, Proc. Safety Environ. Protec., 132, 189–199 (2019).

4. L. Chengwu, W. Jingui, X. Beijing, D. Lihui, S. Yingfeng, C. Xu, Spectrosc. Spectr. Anal., 34, 2961–2967 (2014).

5. Q. Zhang, J. Kano, F. Saito, Handbook of Powder Technology, 12, 509–528 (2007).

6. L. Luo, W. Yao, J. Liu, H. Zhang, J. Ma, X. Jiang, Fuel, 235, 1337–1346 (2019).

7. Y. Guo, K. Yan, L. Cui, F. Cheng, Powder Technol., 33–41 (2016).

8. Y. Zhao, P. Qiu, G. Chen, J. Pei, S. Sun, L. Liu, H. Liu, Fuel, 189, 46–56 (2017).

9. X. Peng, W. Dahui, W. Langjun, J. Electrochem., 20, 553–562 (2014).

10. X. Bu, G. Ma, Y. Peng, G. Xie, H. Zhan, B. Liu, Int. J. Coal Prep. Util.., 1, 1–20 (2019).

11. R. Hou, Z. Bai, H. Zheng, Z. Feng, D. Ye, Z. Guo, L. Kong, J. Bai, W. Li, Fuel, 265, 117011–117020 (2020).

12. L. Dongtao, L. Wen, L. Baoqing, Chem. Bull., 7, 411–415 (2001).

13. M. L. A. Gil, M. Luna, R. Zarzuela, M. V. García-Moreno, Vibr. Spectrosc., 110, 103109 (2020).

14. T. Xiao, H. Yuan, Q. Ma, X. Guo, Y. Wu, Int. J. Biol. Macromol., 132, 1106–1111 (2019). 15. X. Bu, Y. Chen, G. Ma, Y. Sun, C. Ni, G. Xie, Powder Technol., 359, 305–313 (2020).

15. D. Behera, B. K. Nandi, S. Bhattacharya, Int. J. Coal Prep. Util., 5, 1–17 (2020).

16. W. Shifu, X. Yizhuang, Fourier Transform Infrared Spectroscopy, Chemical Industry Press, Beijing (2016).

17. Y. Zhao, C. Xing, C. Shao, G. Chen, S. Sun, G. Chen, L. Zhang, J. Pei, P. Qiu, S. Guo, Fuel, 278, 118229 (2020).

18. H. Panyun, M. Yanjun, Z. Fangui, Y. Taotao, X. Guangbo, Spectrosc. Spectral Anal., 40, 787–792 (2020).

19. X. Zhang, S. Zhang, P. Li, Z. Ding, Z. Hao, Fuel Proc. Technol., 174, 123–131 (2018).

20. X. Cui, X. Li, Y. Li, S. Li, J. Thermal Anal. Calorimetry, 129, 1169–1180 (2017).

21. A. S. Dhaulaniya, B. Balan, K. K. Sodhi, S. Kelly, A. Cannavan, D. K. Singh, LWT-Food Sci. Technol., 131, 109749–109758 (2020).

22. K. T. Mader, M. Peeters, S. E. L. Detiger, M. N. Helder, T. H. Smit, C. L. Le Maitre, C. Sammon, Faraday Discuss., 187, 393–414 (2016).

23. L. Huzhen, W. Chuange, Z. Fangui, L. Meifen, X. Jianhua, J. Fuel Chem. Technol., 42, 129–137 (2014).

24. X. Chen, Y. Zhao, L. Liu, L. Zhang, Z. Zhang, P. Qiu, J. Anal. Appl. Pyrol., 130, 294–304 (2018).

25. H. Dubin, C. Xiuyun, C. Xi, Spectrosc. Spectral Anal., 3, 3698–3703 (2016).

26. J. Liu, X. Jiang, J. Shen, H. Zhang, Adv. Powder Technol., 25, 916–925 (2014).

27. W. Xia, J. Yang, C. Liang, Appl. Surf. Sci., 293, 293–298 (2014).

28. H. Xiaohong, L. Zhaohui, Y. Zhiqiang, Y. Ming, Z. Tai, J. Eng. Thermaphys., 34, 969–972 (2013).

29. P. C. Painter, R. W. Snyder, M. Starsinic, M. M. Coleman, D. W. Kuehn, A. Davis, Appl. Spectrosc., 35, 475–485 (1981).

30. L. Zhanku, W. Haitao, Y. Honglei, Y. Jingchong, L. Zhiping, R. Shibiao, W. Zhicai, J. Fuel Chem. Technol., 48, 1–7 (2020).

31. K. Mae, K. Miura, Fuel Energy Abstr., 43, 278 (2002).

32. L. Min, Research on Oxygen-Containing Functional Groups on Coal Surface, Thesis, Taiyuan University of Technology (2004).

33. H. Machnikowska, A. Krztoń, J. Machnikowski, Fuel, 81, 245–252 (2002).