第四章煤的有机质的结构介绍说课材料.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 煤有机质的化学结构,第一节 煤结构单元核心部分的结构,第二节 煤结构单元外围部分的结构,第二节 煤的结构模型,第三节 煤的分子结构概念,第一节 煤结构单元核心部分的结构,一、煤的基本结构单元,1.,定义,构成煤的大分子聚合物的“相似化合物”被称作基本结构单元。,煤是许许多多的基本结构单元组合而成的大分子结构。基本结构单元包括规则部分和不规则部分。,2.,基本结构单元的规则部分,指结构单元的核心部分，由几个或十几个苯环、脂环、氢化芳香环及杂环（含氮、氧、硫）所组成。随煤化程度的增大，苯环逐渐增多。,二煤的结构参数,1.,芳碳率,指煤的基本结构单元中，属于芳香族结构的碳原子数,N,ar,(C),与总的碳原子数,N,total,(C),之比。,2.,芳氢率,煤的基本结构单元中，属于芳香族结构的氢原子数,N,ar,(H),与总的氢原子数,N,total,(H),之比。,3.,芳环率,是指煤的基本结构单元中，芳香环数,N,ar,(R),与总环数,N,total,(R),之比。,4.,环缩合度指数,中,N(R),为基本结构单元中缩合环的 数目，,N(C),为基本结构单元中的碳原子数。,环缩合度指数与芳碳率之间有如下的关系：,第二节 煤结构单元外围部分的结构,煤结构单元的外围部分主要是含氧官能团、含硫官能团、含氮官能团和烷基侧链。,通常它们的数量随着煤化程度增加而减少。,一、含氧官能团,1.,氧的存在形式可分为两类：,一类是含氧官能团，如羧基、酚羟基、羰基、醌基和甲氧基等，煤化程度越低，这一部分的比例越大；,另一类是醚键和呋喃环，它们在年老煤中占优势。,2.,煤中含氧官能团随煤化程度的变化,由图可见：,1,）煤中的含氧官能团随煤化程度增加而急剧降低，其中以羟基为最多，其次是羰基和羧基，在煤化过程中，甲氧基首先消失，接着是羧基，它在典型烟煤中已不再存在，而羟基和羰基仅在数量上减少，即使在无烟煤中也还存在。,2),图中其余含氧主要指醚键和杂环氧，它们所占的比例对低变质程度的煤是相当大的。,3煤中的含硫和含氮官能团,煤中有机硫的主要存在形式是噻吩，其次是硫醚键和巯基（,SH,）。,煤中含氮量多在,1%2%,，大约,50%75%,的氮以吡啶环或喹啉环形式存在，此外还有胺基、亚胺基、腈基和五元杂环等。,二、烷基侧链,烷基侧链随煤化程度增加开始很快缩短，然后变化渐趋平缓。对年老褐煤和年轻烟煤的烷基碳原子数平均为,2,左右，无烟煤则减少到,1,，即主要含甲基。另外，烷基碳占总碳的比例也随煤化程度增加而减少，煤中,C,为,70%,时，烷基碳占总碳的,8%,左右；,80%,时约占,6%,；,90%,时，只有,3.5%,左右。,三、桥键,桥键是连接结构单元的化学键：,1.,次甲基键,CH,2CH,2,CH,2,，,CH,2,CH,2,CH,2,等；,2.,醚键和硫醚键,O,，,S,，,SS,等；,3.,次甲基醚键,CH,2,O,，,CH,2,S,等；,4.,芳香碳,-,碳键,CarCar,。,在低煤化程度煤中桥键发达，其类型主要是前面三种，尤以长的次甲基键和次甲基醚键为多；中等煤化程度的煤桥键数目最少，主要形式是,CH,2,和,O,；至无烟煤阶段桥键又增多，主要是芳香碳,-,碳键。,第三节 煤的结构模型,一、煤的化学结构模型,1.,威斯化学结构模型,该模型（图）是目前公认为比较合理的一种化学结构模型，基本上反映了煤化学结构的新进展，可以解释煤的热解、氢化、氧化、酚解聚和水解等一些化学反应。,图中箭头指处为键能较低、结合薄弱的桥键。,（二）本田化学结构模型,该模型的特点是最早在有机结构部分设想存在着低分子化合物，考虑到煤的低分子化合物的存在，缩合芳香环以菲为主，它们之间有比较长的次甲基键连接，对氧的存在形式考虑比较全面。,不足之处是没有包括硫和氮的结构。,第四节 煤分子结构的近代概念,1.,煤的主体是三维空间的高分子物质,煤的大分子不是由均一的“单体”聚合而成，而是由许多结构相似但又不完全相同的结构单元通过桥键联结而成。,2.,煤结构单元的核心为缩合芳香环,煤结构的缩合芳香环数随煤化程度增加而增加。,3.,煤结构单元的外围为烷基侧链和官能团,烷基中主要是,CH3,和,CH2CH2,，官能团主要是酚羟基和羰基等。,4.,煤中氧、氮和硫的存在形式,煤中氧的存在形式除含氧官能团外，还有醚键和杂环；硫的存在形式有巯基、硫醚和噻吩等；氮的存在形式有吡啶和吡咯环、胺基和亚胺基等。,5.,结构单元之间的桥键,不同长度的次甲基键、醚键、次甲基醚键和芳香碳,-,碳键等都可以是结构单元之间的桥键。,煤分子间通过交联键缠绕在空间以一定方式排列，形成不同的立体结构。,交联键有化学键、非化学键。,化学键，如桥键；,非化学键，如氢键、电子给予,-,接受键和范德华力等。,6.,低分子化合物,煤中的低分子化合物主要是指分子量小于,500,的有机化合物。,煤中低分子化合物的含量随煤化程度的增高而降低。,7.,不同煤化程度煤的结构差异,低煤化程度的煤含有较多的非芳香结构和含氧基团，芳香核心较小。,中等变质程度的烟煤（肥煤和焦煤）的含氧基团和烷基侧链减少，结构单元间的平行定向程度有所提高。,更高煤化程度的煤向高度缩合的石墨化结构发展，芳香碳,-,碳交联增加，物理上出现各向异性，化学上具有明显的惰性。,综上所述，煤的分子结构可以这样概括：,煤的分子结构的基本单元是大分子芳香族稠环化合物，也称大分子六碳环平面网格。在大分子稠环周围，连接有很多烃类侧链结构，氧键和各种官能团，侧链和氧键又将大分子碳网格在空间以不同角度互相连接起来，构成了煤的复杂的大分子结构。碳原子大部分集中在六碳环平面网格内，氢、氧等基本上集中在平面网格周围的侧链中。,人有了知识，就会具备各种分析能力，,明辨是非的能力。,所以我们要勤恳读书，广泛阅读，,古人说“书中自有黄金屋。,”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，,培养逻辑思维能力；,通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，,培养文学情趣；,通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。,有许多书籍还能培养我们的道德情操，,给我们巨大的精神力量，,鼓舞我们前进,。,