褐煤热转化过程氢键分布特征及调控手段研究进展

褐煤氧含量高且具备良好热反应性,是制备酚类、腐植酸等高附加值含氧化学品的重要原料.褐煤中的杂原子尤其是丰富的含氧官能团(酚羟基、羧基等)导致了大量氢键的存在,褐煤热转化过程(热解、干燥和直接液化等)中常见氢键包括煤中氢键和褐煤-溶剂间氢键等.煤中氢键和褐煤-溶剂间氢键在构型和强度上存在明显区别,目前可通过体积溶胀度、红外光谱等观测手段以及量子化学计算进行探究.煤中氢键和褐煤-溶剂间氢键广泛存在且明显作用于褐煤热解和直接液化等热转化过程.煤中氢键是维持褐煤大分子网络结构稳定的重要因素,能在热解过程中诱导酚羟基和羧基脱水,进而促进褐煤热转化过程中的低温交联反应,不利于焦油等轻质产物的生成.褐煤-溶剂间氢键是褐煤与溶剂相互作用的重要形式,其强度显著影响褐煤在热转化过程中的物理化学反应如萃取、溶胀以及脱氧等.充分认识褐煤相关氢键的存在形态和影响因素,并以此为基础进行氢键调控,对于褐煤清洁高效转化具有重要意义.现有的氢键调控主要目的在于破坏煤中氢键,从而在一定程度上抑制热转化过程中的交联反应.氢键调控方法主要包括低温预热以及使用吡啶、离子液体等强氢键受体进行溶剂预处理等.当前针对褐煤-溶剂间氢键的研究主要停留在定性层面,缺乏褐煤热转化过程中的原位观测以及定量分析.