1、煤中硫組分的脫除，特別是煤中有機(jī)硫的脫除長(zhǎng)久以來(lái)都是煤炭清潔高效利用所面臨的難題。盡管目前微波輔助的煤炭脫硫技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于部分實(shí)際生產(chǎn)中，但對(duì)于微波輔助脫硫的機(jī)理研究仍未取得關(guān)鍵進(jìn)展。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及相關(guān)理論的發(fā)展，量子化學(xué)計(jì)算方法在煤化學(xué)中的應(yīng)用也越來(lái)越廣。本文依托于量子化學(xué)方法，將煤中有機(jī)硫簡(jiǎn)化為幾種類煤有機(jī)硫模型化合物，同時(shí)基于微波作用原理，將微波場(chǎng)簡(jiǎn)化為電場(chǎng)，研究了煤中有機(jī)硫結(jié)構(gòu)對(duì)微波能量的量子化學(xué)響應(yīng)以及微波場(chǎng)對(duì)有機(jī)硫反應(yīng)性

2、的影響。
　　通過(guò)對(duì)比兩種山西高硫焦煤的硫分組成，選取了硫含量更高、有機(jī)硫比重更大的山西新峪煤作為后續(xù)研究用煤。XPS初步分析表明新峪煤中的有機(jī)硫主要以噻吩、硫醇、硫醚的形式存在，噻吩的含量更高。通過(guò)離心分組純化，選取有機(jī)硫純度較高的低密度煤作為萃取原煤，對(duì)分組溶劑萃取得到的萃取物進(jìn)行鑒定分類，了解煤中有機(jī)硫的賦存形態(tài)，構(gòu)建類煤有機(jī)硫模型。新峪高硫煤萃取產(chǎn)物中的有機(jī)硫小分子包括二苯并噻吩，二甲基亞砜，3-甲基二苯并噻吩，4-甲基二

3、苯并噻吩，4,9-二甲基-萘并[2,3-b]噻吩，4,6-二甲基苯并噻吩，3-甲基苯硫酚，4,9-二甲基-萘并[1,2-d]噻吩和亞硫酸二丙基酯。結(jié)合煤炭大分子結(jié)構(gòu)理論，選取芐基硫醇、二苯并噻吩、二苯基亞砜、二芐基硫醚和3-甲基苯硫酚作為本研究后續(xù)適用的類煤有機(jī)硫模型化合物。
　　依托 Gaussain軟件平臺(tái),對(duì)上述類煤有機(jī)硫模型化合物的部分量子化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究，并比較了不同強(qiáng)度外加電場(chǎng)對(duì)它們的影響。從幾何構(gòu)型來(lái)，多數(shù)含硫模型

4、化合物中的苯環(huán)主體結(jié)構(gòu)都比較穩(wěn)定。而對(duì)于含有硫原子的局部結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，大部分C-S鍵在外加電場(chǎng)的作用下，有鍵長(zhǎng)伸長(zhǎng)的趨勢(shì)。另外，硫原子附近的結(jié)構(gòu)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)反常的構(gòu)型變化，這可能是因?yàn)槭艿搅蛟拥挠绊?。從分子布居?lái)看，碳原子所帶電荷對(duì)外加電場(chǎng)的響應(yīng)比較復(fù)雜，對(duì)于不同結(jié)構(gòu)，碳原子所帶負(fù)電荷在某些強(qiáng)度的電場(chǎng)中增多，而同時(shí)也存在某些強(qiáng)度的外加電場(chǎng)會(huì)使碳原子附近的電子云密度降低。而對(duì)于硫原子來(lái)說(shuō)，大多數(shù)情況下，外加電場(chǎng)會(huì)使硫原子的電負(fù)性增強(qiáng)。從分子的

5、振動(dòng)光譜來(lái)看，各類含硫化合物間的差異以及同一局部結(jié)構(gòu)不同振動(dòng)形式的差異依舊明顯。對(duì)于確定的局部結(jié)構(gòu)，某一種分子振動(dòng)形式，總存在某一強(qiáng)度的外加電場(chǎng)能在最大程度上強(qiáng)化這一振動(dòng)形式，同時(shí)也存在一定強(qiáng)度的外電場(chǎng)能在最大程度上弱化這一振動(dòng)形式。
　　微波輔助的氧化脫硫?qū)嵸|(zhì)上還是煤中有機(jī)硫與氧化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，本文中選取芐基硫醇和二苯并噻吩代表煤中有機(jī)硫，采用量子化學(xué)方法對(duì)這兩種含硫有機(jī)物與過(guò)氧化氫的反應(yīng)進(jìn)行了模擬，并記錄了反應(yīng)中的物態(tài)發(fā)展及

6、能量變化。計(jì)算模擬發(fā)現(xiàn)煤中有機(jī)硫的氧化是多步反應(yīng)過(guò)程，主要經(jīng)歷了氧原子對(duì)硫原子的進(jìn)攻，氫的轉(zhuǎn)移以及 O-O鍵的斷裂歷程。外加電場(chǎng)改變了反應(yīng)過(guò)程中各物態(tài)的能量，降低了反應(yīng)決速步的能壘，降低了反應(yīng)的活化能。
　　以新峪高硫煤為實(shí)驗(yàn)煤樣，采用過(guò)氧化氫為氧化助劑，進(jìn)行了微波輻照條件下的煤炭脫硫?qū)嶒?yàn)，重點(diǎn)關(guān)注微波脫硫后煤質(zhì)的變化以及煤中有機(jī)硫的形態(tài)變化，并結(jié)合前文的研究對(duì)微波脫硫原理進(jìn)行初步探討。對(duì)煤質(zhì)的分析發(fā)現(xiàn)，脫硫后，煤樣的灰分降低，揮