中国安全生产科学技术2024,Vol.20Issue(4) :94-100.DOI:10.11731/j.issn.1673-193x.2024.04.013

无烟煤分子模型构建及优化方法研究

Research on construction and optimization method of anthracite molecular model

温志辉 方智银 赵延霞 王奇 毋新亮
中国安全生产科学技术2024,Vol.20Issue(4) :94-100.DOI:10.11731/j.issn.1673-193x.2024.04.013

无烟煤分子模型构建及优化方法研究

Research on construction and optimization method of anthracite molecular model

温志辉 1方智银 2赵延霞 3王奇 2毋新亮2
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作者信息

  • 1. 河南理工大学瓦斯地质与瓦斯治理国家重点实验室培育基地,河南焦作 454000;煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心,河南焦作 454000;河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作 454000
  • 2. 河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作 454000
  • 3. 河南理工大学数学与信息科学学院,河南焦作 454000
  • 折叠

摘要

为了认识煤的分子结构特征,采用元素分析、13C-核磁共振、傅里叶变换红外光谱等测试方法构建无烟煤大分子模型.研究结果表明:大分子模型中芳香碳以C的2、3环结构为主,确定其模型分子式为C193H138N207;结构和退火优化后,其分子模型越发紧凑,键角更加弯曲,添加周期边界条件后其体系能量迅速降低,这是由于价电子能中的键伸缩能和非成键能中的范德华能降低所导致的,通过密度模拟得到无烟煤大分子最优模型的密度为1.45 g/cm3.研究结果可为构建煤大分子模型提供参考.

Abstract

In order to understand the molecular structure characteristics of coal,the testing methods such as elemental analy-sis,13 C-nuclear magnetic resonance(NMR),and Fourier transform infrared spectroscopy were used to construct a macromo-lecular model of anthracite.The results show that the aromatic carbon in the macromolecular model is dominated by C2 and C3 ring structures,and the molecular formula of the model is determined to be C193H138N2O7.After the structural and annealing optimization,the molecular model becomes more compact,with bond angles becoming more curved.After adding the periodic boundary conditions,the energy of the system decreases rapidly,which is mainly caused by the decrease of bond stretching en-ergy and van der Waals energy in non-bonding energy in the valence electron energy.The density of the optimal macromolecu-lar model of anthracite is 1.45 g/cm3 by density simulation.The research results can provide a reference for constructing the macromolecular models of coal.

关键词

无烟煤/13C-核磁共振/傅里叶变换红外光谱/分子模型/模型优化

Key words

anthracite/13C-NMR/Fourier transform infrared spectroscopy/molecular model/model optimization

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基金项目

国家自然科学基金(52274191)

中国博士后科学基金(2021M700132)

河南理工大学博士基金(B2019-55)

出版年

2024
中国安全生产科学技术
中国安全生产科学研究院

中国安全生产科学技术

CSTPCD北大核心
影响因子:1.119
ISSN:1673-193X
参考文献量14
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