煤炭科学技术

作者：刘伟, 周禹军, 卢亢亢, 孔昊, 李天男,

关键词：低氧条件, 低温氧化, 二氧化碳, 官能团, 量子化学, 皮尔逊分析,

为研究不同CO2体积分数下煤自燃过程中官能团的动态演变，揭示CO2对煤自燃的化学钝化机制。以两渡矿的I类容易自燃烟煤为研究对象，利用程序升温氧化试验，比较了5%、10%、15%和20%等4种氧气体积分数下煤样的氧化放热特性，确定了易于观测CO2钝化作用的临界氧气体积分数；利用傅里叶变换红外光谱，量化分析了不同CO2气体环境下升温过程的煤主要官能团变化；基于皮尔逊相关性分析，探究煤低温氧化过程中各官能团之间的竞争和协同关系；利用密度泛函理论进行了量子化学模拟，分别分析了酚羟基、苯乙酸与CO2的反应路径。结果表明：煤样氧化所需氧气放热临界体积分数为10%，氧气体积分数低于该数值时，煤样的耗氧速率变化率降低49.2%、放热强度变化率降低67.3%；90%体积分数CO2环境下煤样的芳香性提升69.17%、脂肪链长度参数提升31.06%，醚键相对含量无明显变化，最大值对应温度由95 ℃推移至185 ℃；煤氧化过程中芳香结构与邻近含氧官能团之间呈协同演化特性，脂肪链与含氧官能团之间存在竞争性消耗关系，高CO2环境抑制了煤氧化链式反应，使官能团之间的竞争减弱、协同增强，显著延缓了脂肪烃受热断裂，抑制了羟基的消耗和C=O基团的脱羧反应；酚羟基和苯乙酸与CO2的反应能垒低于与氧气反应时的能垒，更易反应生成羧基化合物，放热量更少，从而达到煤自燃的化学钝化效果。

来源：2026年第2期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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