微波氢氧化钠联合脱硫分析.docx

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1、微波氢氧化钠联合脱硫分析采用微波与氢氧化钠溶液协同法对乌海煤中硫进行脱除，通过正交实验确定了微波氢氧化钠溶液协同脱除煤中硫的最佳条件，考察了煤样粒度、氢氧化钠浓度、微波辐照时间和微波功率等因素对煤中硫脱除效果的影响，并对脱硫机理进行了分析借助，和测试方法对实验前后的煤质进行了比照分析结果表明，微波与氢氧化钠溶液协同可脱除煤中的硫分，煤的基本构造并未发生变化，煤中矿物含量减少通过介电常数测试，研究了不同氢氧化钠浓度条件下的固体混合物对微波的介电响应情况，同时借助软件模拟了电场效应对有机硫脱除的影响作用脱硫，微波，氢氧化钠，介电常数煤炭约占我国一次能源消费量的，近年来这一比例有所下降，但据中国工程

2、院提供的预测数据，到年，煤炭在一次能源中的比例仍占煤中含硫组分在煤的燃烧和转化利用经过中不仅会产生等有害物质污染环境，还会影响诸如焦炭、煤气和钢铁等工业产品的质量因而，煤炭脱硫提质遭到世界各国的重视近年来微波用于煤炭脱硫领域，获得较好的脱硫效果国内外学者进行了多方面的研究，提出了多种微波脱硫方法，主要有微波直接脱硫法、微波超声波联合脱硫法、微波预处理磁选脱硫法以及添加化学助剂的微波脱硫法等微波结合化学助剂脱硫是将微波辐照和化学处理相结合以得到较佳脱硫效果的脱硫技术，选用的化学助剂一般是酸、碱液或是具有一定氧化性的化学药品这类脱硫方法都是将煤中含硫组分先转化成容易析出的硫化物、硫酸盐、亚硫酸盐甚

3、至是单质硫的形式，然后再从煤中分离出去目前，微波用于煤炭脱硫多见诸于宏观实验研究，缺乏微波应用于煤炭脱硫或辅助脱硫机理的深化研究，且对微波场特殊效应的认知尚不够明晰，而煤中含硫组分种类繁多，构成复杂，大大增加了研究难度为获取对微波脱硫机理的深化认知，宏观实验研究与微观模拟计算都不可或缺因而，本实验在开展宏观实验研究的同时，借助软件，由简单的含硫小分子模型化合物模拟计算着手，来初步认知煤中含硫组分对微波场的化学与物理响应机理实验部分实验煤样选取内蒙乌海原煤为实验用煤根据实验和测试分析的要求，将煤样通过破碎、筛分和缩分等步骤制成粒度为目目，目目，目的样品，密封保存，煤质分析结果见表煤样灰分，全硫为

4、，属于中低灰高硫煤，煤中硫分以有机硫为主，约占全硫的.试剂及设备主要试剂：氢氧化钠分析纯，去离子水实验设备和仪器：型微波反响器，最大功率，应用频率；全自动定硫仪；分析采用型扫描电子显微镜；分析采用型射线衍射仪；分析采用德国布鲁克公司生产的傅立叶变换红外光谱仪，测试范围实验方法称取煤样，放入的锥形瓶中，参加一定浓度的氢氧化钠溶液，搅拌，使煤样与氢氧化钠溶液构成较为均匀的分散体系，然后将锥形瓶置于微波炉内，设定相关参数，待反响结束后用真空泵进行抽滤，用去离子水洗涤至滤液呈中性，将滤饼放入烘箱中枯燥，在下烘干，取出冷却后称取精煤的质量，并进行硫含量分析煤样脱硫率按下式计算.结果与讨论为研究各种因素对

5、脱硫率的影响，选取煤样粒度、氢氧化钠溶液浓度、微波辐照时间和微波功率为反响的四个影响因素，每个因素设置三个水平见表根据正交表进行正交实验结果见表由极差数值比照可知：在辐照时间超过时，煤样粒度对脱硫率影响最大，其次是氢氧化钠浓度、微波功率和辐照时间微波氢氧化钠溶液脱硫实验的最佳反响条件是，即煤样粒度为目，氢氧化钠浓度为，微波功率为，反响时间为在该条件下可得脱硫率为，相较于其他组的实验结果脱硫率最高，所以能够认定为微波氢氧化钠溶液脱硫实验的最佳反响条件煤样的分析和分析及分析分析对脱硫前的原煤以及微波氢氧化钠处理后的煤样进行了电镜与能谱分析，脱硫前后煤样的分析结果见图由图能够看出，实验前后煤样的基本

6、构造并未遭到毁坏，但外表形貌产生了些许变化，实验前煤样颗粒外表比拟光滑，呈片状构造，实验后煤样外表变得不光滑，有絮状物出现，这可能会引起某些外表性质的改变和分析原煤与脱硫煤的射线衍射谱见图由图能够看出，微波脱硫后煤中矿物种类减少，剩余峰的强度明显减弱，黄铁矿峰基本消失，讲明煤炭微波脱硫能在脱硫的同时产生降灰作用原煤与脱硫煤的红外光谱见图由图能够发现，微波氢氧化钠联合处理前后两种煤样的吸收峰基本一致，某些吸收峰仅在相对强度上有所差异，原煤具有的官能团经微波氢氧化钠联合处理后仍然存在，这表明微波联合氢氧化钠溶液脱除煤中硫分对煤样的整体化学构造影响很小图中处主要是亲水性的含氧官能团，由图能够看出，脱

7、硫处理后煤的亲水性增加了和处脂肪族的键，处理前后强度无明显变化在和范围处的吸收峰与煤中所含矿物质有关，在该波数范围内原煤中吸收峰比拟明显，处理后煤样吸收峰强度减弱，也证实了分析中的降灰作用为硫氧化物吸收峰，经脱硫处理后，硫氧化物的峰由尖锐变得宽化，但强度变弱；位于吸收峰，和，吸收峰处的吸收峰经脱硫处理后强度也出现减弱脱硫机理分析化学反响机理微波脱硫经过中，氢氧化钠溶液起着两方面重要作用，一方面作为脱硫反响剂，提供化学反响活性，与煤中部分含硫组分发生反响，生成可溶性的硫化物而被脱除。另一方面，氢氧化钠溶液能大幅提高反响体系的介电损耗，加强与微波能的耦合作用，促进反响物对微波能的吸收因而，对不同浓

8、度氢氧化钠和煤的混合物进行了介电测定为知足介电测定对物性的要求，将煤与不同浓度的氢氧化钠溶液混合后，将其中水分经低温挥发和低温枯燥后获得待测固体样品介电测定工作在室温下进行，采用传输反射法，测定频段范围内煤与氢氧化钠固体混合物的复介电常数实部和复介电常数虚部，测定结果见图由图能够看出，在频段范围，原煤与氢氧化钠混合固体样品的复介电常数值随频率增大变无明显变化，但在氢氧化钠溶液浓度为和时，所得固体样品的复介电常数值表现为由低频至高频逐步降低同时可以以看出，试样的复介电常数随着氢氧化钠浓度的增大而增大，当氢氧化钠溶液为时，复介电常数实部和虚部值均接近于原煤，但在溶液浓度上升至时，复介电常数实部和虚

9、部值都明显增大，复介电常数虚部值升高了近一个数量级，当溶液浓度为时，复介电常数虚部值又有大幅提升，以实验微波频率为例，该频率下样品的复介电常数值见表根据微波场中电介质吸收微波功率的表达式：，在未添加氢氧化钠时，由于煤样的复介电常数值较低，造成微波系统中负载和微波源能量传输不易到达匹配状态，当样品中参加氢氧化钠，其复介电常数值相应会有大幅增加，改善了微波负载和输出之间的的失配状态，使体系迅速吸收微波的能力加强，有利于脱硫反响的进行微波电场效应微波是一种交变电磁场，除热效应外，还会存在电磁场引起的特殊效应现有模拟软件虽无法实现交变电磁场的引入，但能够通过引入静电场方法提供借鉴，软件中的模块具有添加

10、静电场的功能由于样品中有机硫含量较高，因而，本实验选择简单的小分子有机硫构造硫酚为研究对象，考察电场效应对其分子构造的影响，结果见图和表由图和图能够看出，在电场条件下，分子产生扭曲变形，的角度由原来的变为，键长由原来的增加到，键级由原来的下降至，键长拉长和键级降低使得更易断裂；同时由差分电子密度见图和图可以看出，在引入电场后和键中间成键电子变小，对断键有利根据前线轨道理论，在分子中，轨道上的电子能量最高，所受束缚最小，容易变动，所以最活泼，而在所有的未占轨道中能量最低，最容易接受电子，这两个轨道决定着分子的电子得失和转移能力，决定了分子间反响的空间取向等重要化学性质能隙值的大小反响电子由占据轨

11、道向空轨道发生电子跃迁的能力，差值越大，分子越稳定，差值越小，分子越不稳定，易于参加化学反响在有电场引入时，分子的前线轨道发生了变化，分子的最高占据轨道电荷密度向硫原子转移，硫原子上出现最大电荷密度，最易发生亲电反响，最低未占轨道电荷密度也发生了转移，部分转移至硫原子上由表能够看出，电场存在时，能隙值由原来的下降至，能隙值的降低使分子的不稳定性增加，更易发生反响活性；电场作用也使得分子的偶极矩变大，由增大为，分子极性的增加提高了物质对微波的响应能力采用正交实验法获得乌海煤在氢氧化钠水溶液体系下微波脱硫的最佳条件：煤样粒度为目，氢氧化钠浓度为，微波功率，反响时间为，在该条件下脱硫率为分析、分析和分析结果表明，采用该方法脱硫后煤基质主体构造并未产生显著变化，但可能会对煤的某些外表性质产生影响介电测定表明，固体样品的复介电常数实部和虚部值随着氢氧化钠浓度的升高而增大，体系对微波能吸收能力加强以硫酚分子为例的模拟结果表明，电场的引入能使分子的构造产生变化，键更易断裂，分子的化学活性加强，使反响更易进行本实验仅考察了静电场对简单有机小分子硫酚的影响，虽存在局限性，但也在一定程度上反响出微波用于煤炭脱硫会存在除热效应外的特殊效应