Уголь — это сложная органическая макромолекула, состоящая из множества функциональных групп и многочисленных химических связей. С точки зрения химической структуры, уголь представляет собой аморфное твердое органическое вещество с ближним порядком расположения атомов и дальним порядком расположения, структура которого формируется за счет ароматических кристаллических ядер. Параметры являются важными параметрами. Лучшим инструментом для обнаружения ароматических ядер является рамановский спектрометр.
Что такое рамановская спектроскопия?
Рамановская спектроскопия — это тип спектроскопии рассеяния, которая является неотъемлемой частью методов спектрального анализа. Рамановская спектроскопия — это метод анализа, основанный на эффекте Рамановского рассеяния, который анализирует спектр рассеяния с различными частотами от падающего света для получения информации о молекулярных колебаниях и вращениях. Применяется для изучения молекулярной структуры.
Рамановская спектроскопия применяется в материалах, химикатах, нефти, полимерах, биологии, защите окружающей среды, геологии и других областях. С непрерывным развитием Рамановской технологии ее область применения становится все более и более обширной.
Рамановская спектроскопия очень чувствительна к структурному порядку углеродных материалов и может предоставить надежную информацию о степени структурного порядка. Это один из наиболее часто используемых, неразрушающих, быстрых и высокоразрешающих методов для характеристики углеродных материалов. Поэтому Рамановская спектроскопия часто используется для описания структурных особенностей углеродистых материалов, таких как графит.
Уголь имеет характеристики высокоуглеродистого материала и по структуре похож на поликристаллический графит. Ниже приведен спектр комбинационного рассеяния графена и угля, протестированный с помощью нашего портативного спектрометра комбинационного рассеяния Opto-Tiancheng ATR3110-532. Из графика видно, что пики комбинационной характеристики этих двух спектрометров близки.
Результаты рамановского спектра этого теста имеют очевидные отличительные характерные сигналы около 1343 см-1 и 1601 см-1.
Если заменить образец углем, время интегрирования составит 10000 мс, а мощность возбуждения — 50 мВт, то будут получены следующие данные:
Результаты рамановского спектра этого теста имеют очевидные отличительные характерные сигналы около 1337 см-1 и 1602 см-1.
Рамановская спектроскопия природного органического вещества в углеродистых соединениях, таких как уголь, показывает, что полосы Рамана коррелируют со структурным составом аморфного углерода.
Наиболее существенное различие между углем и общими макромолекулярными органическими соединениями заключается в том, что он обладает уникальной сложностью, разнообразием и неоднородностью, и не существует единой химической структуры ни в одной части одного и того же куска угля. Согласно спектру Рамана природного органического вещества в угле, его полоса Рамана связана со структурным составом аморфного углерода.
Су Сяньбо и др. провели испытания Рамановской спектроскопии на углях с различной степенью метаморфизма и деформации. Они обнаружили тесную связь между микрокристаллической структурой угля, ее эволюцией и характеристиками Рамановского спектрального анализа. Это приводит к резкому увеличению разницы пиковых головок (G-D1) и резкому уменьшению отношения полуширины (G/D1).
Как показано в Таблице 1 и на Рисунке 1, сравниваются различия параметров Рамана и кривые Рамана трех различных типов угля. Видно, что полоса Рамана связана со структурным составом угля. С увеличением степени углефикации удельная производительность выглядит следующим образом:
(1) Положение пика D1 перемещается в область низких волновых чисел, а положение пика G перемещается в область высоких волновых чисел, поэтому расстояние между пиком D1 и пиком G: лигнит < каменный уголь < антрацит.
(2) Чем острее пик D1 и пик G, тем ниже значение отношения высот пика (G/D1), поэтому отношение высот пика (G/D1): лигнит > каменный уголь > антрацит. Разница очевидна.
(3) Антрацит имеет слабое Рамановское рассеяние в диапазоне 2500-3250 см-1, а мода второго порядка более очевидна. Мода второго порядка лигнита и битуминозного угля накладывается вместе, образуя очевидный и мягкий пик парового хлеба.
На основе приведенной выше кривой спектра Рамана мы можем быстро определить тип угля.
Основные причины разницы в параметрах комбинационного рассеяния указанных углей:
①Степень углефикации лигнита самая низкая, содержание углерода наименьшее, а содержание летучих веществ наибольшее. Каменный уголь — это вид угля, преобразованный из лигнита путем метаморфизма, и его содержание летучих веществ составляет от 10% до 40%.
В целом, она уменьшается с увеличением степени углефикации. Степень углефикации выше, чем у лигнита, и ниже, чем у антрацита. Антрацит — уголь с самой высокой степенью углефикации в китайской портовой науке и технике.
② Пик D1 в основном представляет собой пик колебания связи CC между ароматическим кольцом и ароматическим соединением; пик G представляет собой колебание дыхания ароматического кольца, колебание связи C=C и характерный пик графита. С изменением содержания летучих веществ возникает разница в ароматизации и конденсации ароматического кольца, что приводит к соответствующему изменению соотношения между пиком D1 и пиком G.
Чем выше степень углефикации, тем меньше количество алкильных боковых цепей, кислородсодержащих функциональных групп и низкомолекулярных соединений в угле, которые постепенно исчезают и заменяются суперпозицией и накоплением более упорядоченного ароматического углерода и ароматических слоев, а доля содержания летучих веществ тем выше, чем меньше значение, тем острее форма пика пиковой полосы.
③ Вторичная мода зависит от пика D1 и пика G и является ее частотным пиком, который также изменяется с изменением подъема D1 и пика G. Чем выше степень углефикации, тем шире и слегка пропаренный хлебный пик постепенно разделяется на три отдельных пика (полоса пиков 2D1, полоса пиков D1+G и полоса пиков 2G).
Эпилог
Рамановская спектроскопия может обеспечить быстрый, простой, повторяемый, неразрушающий качественный и количественный анализ и широко используется в области угольной химической промышленности. Она обеспечивает жизненно важный метод обнаружения для предотвращения импорта некачественного угля.
