·138 北京科技大学学报 第35卷 由于煤自身结构的复杂性以及所建立的分子 根据Gaussian对优化煤红外简化分子模型的 模型是基于测试所得官能团与煤结构苯环骨架同等 前沿轨道分析计算结果（表3），可以得到同等条 条件相连下的简化模型，故不可能将红外实验所测 件构连在煤苯环骨架上的活性基团中，电荷密度 试的结果完全反应出来，只可能反应部分测试结果. 是N21>08>022>09>025>C20>026>023>C18> 经计算分析（表2）可得，红外频率的实验结果中部 C10>C19>C17.因此，分析得到了在煤自燃过程 分与优化的煤红外结构模型频率分析所得计算值十 中，一CH2一NH2中N原子最易受到氧分子攻击，其 分相近，证明分子模型在一定程度上是可靠的，为 次是一CH2一CH3中甲基上C原子，CH2COOH 煤中各活性基团同等条件构连在煤苯环骨架上的活 中的亚甲基C原子，一CH2一CH3中的亚甲基C原 性顺序分析提供了基础， 子，一CH2一NH2中的C原子以及-CH2-OH中 的C原子.同时根据各中心原子电荷密度研究得 表2优化的煤红外结构的颍率分析 到各侧链官能团的活性顺序是氨基、酚羟基周围以 Table 2 Frequency analysis of the optimized infrared molec 及脂肪烃上的羟基、羧基、甲基、羰基和亚甲基 ular model of coal 振动频率/cm~1 羧基上的脱氢过程也比较容易进行.结合煤表面官 基团名称 实验值 修正计算结果 能团的结构测试以及主要活性官能团的含量分析， -OH 3654.1 3668.6 氨基虽然最容易受到攻击，但在煤表面结构中的含 CH2一OH 3619.5 3629.4 量可以忽略不计，因此不是关键性官能团，羟基 --CH2-CH3 2931.7 2949.5 含量高，同时是继氨基之后最容易受到攻击的官能 -CH2-NH2 3691.4 3692.4 团，因此是最关键的官能团之一，综合分析得到，煤 -CHO 1712.8 1703.4 自燃过程中关键性的官能团是羟基，甲基亚甲基和 -CH2-COOH 1739.8 1754.2 羧基. 表3优化的煤红外结构的前沿轨道分析结果 Table 3 Frontier orbital analysis results of the optimized infrared molecular model of coal -OH -CH2-OH-CH2-CH3-CH2--NH2 -CHO -CH2一COOH 名称 轨道电荷密度/轨道电荷密度/轨道电荷密度/轨道电荷密度/轨道电荷密度/轨道电荷密度/轨道电荷密度/ 能级(e·a63)能级(e·a3)能级(e·a63)能级(e·a3)能级(e:a63)能级(e·g3)能级(e·a3) 08-0.614C17-0.125C100.346C190.199C70.159C180.3700250.556 HOMO- 09 -0.565022-0.596 C200.404N21 -0.712023-0.381C240.495026 0.396 3结论 88(1):139 以原位傅里叶红外光谱测试为基础，在红外曲 [2]Painter P C.Sobkowiak M.Youtcheff J.FT-IR study of hydrogen bonding in coal.Fuel,1987.66(7):973 线拟合定量分析的支撑下，得到了褐煤中的官能团 [3]Sobkowiak M,Painter P C.A comparison of DRIFT and 种类及其含量分布特征，以甲基亚甲基和羟基最多， KBr pellet methodologies for the quantitative analysis of 是其主体含量官能团.结合量子化学分析技术构 functional groups in coal by infrared spectroscopy.Energy 建了褐煤红外简化化学结构模型，分析得到了各官 Fels,1995,9(2):359 能团红外振动频率实验与模型量子计算结果的一致 [4]Ibarra J V,Munoz E,Moliner R.FT-IR study of the evo- 性，支撑了模型的可靠性.通过分析各官能团前线 lution of coal structure during the coalification process 轨道电子密度的分布特征，得到了褐煤中主要活性 Org Geochem,1996,24(6/7):725 官能团的活性大小，与含量相一致的高活性反应基 [5]Ahmed M A,Blesa M J,Juan R,et al.Characterisation of 团是甲基亚甲基和羟基. an Egyptian coal by Mossbauer and FT-IR spectroscopy Fuel,2003,82(14):1825 [6]Alessio A D,Vergamini P,Benedetti E.FT-IR investiga 参考文献 tion of the structural changes of Sulcis and South Africa coals under progressive heating in vacuun.Fuel,2000. [1]Geng W H,Nakajima T,Takanashi H,et al.Analysis of 79(10):1215 carboxyl group in coal and coal aromaticity by Fourier 7]Zhan J,Wang HH,Song S N,et al.Role of an additive in transform infrared (FT-IR)spectrometry.Fuel,2009, retarding coal oxidation at moderate temperatures.Proc