馬脊梁鏡煤有機質(zhì)大分子模型構建及分子模擬

周星宇，曾凡桂，相建華，鄧小鵬，相興華

（1 太原理工大學地球科學與工程系，煤科學與技術教育部和山西省重點實驗室，山西太原030024； 2 山西能源學院，山西太原030604）

引 言

我國煤炭資源占化石資源儲量的90%以上，是應用最廣泛的能源之一[1]。近年來，煤炭大規(guī)模直接焚燒引發(fā)的污染問題日趨嚴重，如何潔凈高效利用煤炭資源已成為學者們廣泛關注的問題[2]。煤的用途由其性質(zhì)決定，其性質(zhì)與結構存在相互反映的關系。因此，科學合理地理解煤大分子結構特征，有助于深入研究煤的性質(zhì)和用途，從而為煤炭資源潔凈高效利用提供理論支撐[3-7]。

煤是一種短程有序、長程無序的非均一性復雜結構，從分子尺度建立煤結構需要借助計算機軟硬件相結合等手段來模擬、驗證[8-10]。近年來，隨著建模方法的不斷突破，煤大分子結構由起初的平面結構向逐漸能表現(xiàn)煤性質(zhì)的立體大分子結構發(fā)展[11-13]。學者們利用所建結構通過AM1半經(jīng)驗量子化學、巨正則蒙特卡羅、分子力學及分子動力學等方法對煤結構及其性質(zhì)進行了不同程度的研究[14-15]。Xiang 等[16]通過對成莊煤大分子結構模擬，發(fā)現(xiàn)高煤級煤分子結構中，芳環(huán)層片的定向排列是煤結構短程有序的主要原因。秦志宏[17]通過FTIR，GC/MS 等測試方法構建了更加系統(tǒng)、緊湊的“全煤級煤嵌入結構模型理論”。馮煒等[18]在構建并驗證棗泉分子模型的基礎上，用熱解模擬的手段，探究了溫度升高速率對熱解產(chǎn)生CO2氣體的影響。Meng等[19]采用元素分析、X 射線光電子能譜分析、核磁共振碳譜構建了趙莊煤結構模型，并用巨正則蒙特卡羅方法模擬了單分子結構對甲烷氣體分子吸附，對趙莊煤炭資源利用有一定指導意義。……