邯郸–峰峰矿区不同变质程度煤中有机氮的赋存形态 论文

氮元素是煤炭中的常见元素之一，其在煤中的存在形态多样，并且随着煤阶（煤的变质程度）的变化而变化。煤阶是指煤炭从低阶（如褐煤）到高阶（如无烟煤）的转变过程，这一过程通常伴随着有机质结构和组成的显著变化。在煤炭的化学组成中，氮元素的赋存形态对煤炭的燃烧特性、污染物排放以及煤炭的加工利用都有重要影响。 X射线光电子能谱（XPS）是一种表征材料表面化学状态的分析手段，可以用来确定煤中氮的不同赋存形态。通过对XPS谱图中N1s结合能的分峰分析，研究者能够识别并量化煤样中存在的不同有机氮形态。在本研究中，通过XPS实验，研究者分析了邯郸–峰峰矿区不同变质程度煤样（变质程度用煤阶Rran表示，范围为1.08%~3.67%）中的有机氮赋存形态，并探讨了这些形态随煤阶的变化规律。根据XPS谱图分析，研究者将煤中的氮形态划分为四种类型，分别是N-6、N-5、N-Q和N-X。其中，N-5是相对含量最高的氮形态，并且随着煤阶的提高，N-5的相对含量呈现下降趋势。而N-Q的相对含量则随着煤阶的升高而增加，显示了与N-5相反的变化趋势。煤中N-6的相对含量随着煤阶的变化呈现出一种“增–减–稳”的规律，表明这种氮形态在煤变质过程中可能经历了某些化学转化。至于N-X，其相对含量变化在9.1%~35.1%之间，但与煤阶变化的关系并不显著。进一步研究发现，在煤阶Rran为1.08%~1.47%的范围内，煤的N1sXPS谱图中没有出现N-Q分峰，表明在褐煤阶段中相对含量较高的质子化吡啶氮已经几乎完全去质子化而转化为吡啶氮。这一转变可能与煤在特定温度下热解有关。不同变质阶段氮的赋存形态变化特征对于燃煤发电及煤化工领域具有重要意义，这些特征为煤化学参数的选取和煤的加工利用提供了科学依据。了解这些氮的赋存形态及其变化规律，有助于指导煤炭在燃烧和加工过程中氮相关污染物的控制，同时也有助于更有效地利用煤中的氮元素。该研究揭示了邯郸–峰峰矿区不同变质程度煤中有机氮赋存形态与煤阶之间的关系，提供了重要的基础数据，为后续的煤炭资源开发和环境保护提供了科学依据。这些研究结果对于煤炭的综合利用、煤质分析与评价、以及相关工业过程中污染物排放控制策略的制定等方面都具有指导意义。