【寧夏大學(xué)新聞中心訊 省部共建煤炭高效利用與綠色化工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室】我校郭慶杰教授領(lǐng)銜的“煤炭清潔利用”寧夏創(chuàng)新研發(fā)團(tuán)隊(duì)，緊密?chē)@西部煤炭特性及分級(jí)利用，尤其在煤炭分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)鏈技術(shù)、污染物控制以及熱化學(xué)轉(zhuǎn)化等方面開(kāi)展了系統(tǒng)性深入研究，并取得了一系列研究成果，近期在化工領(lǐng)域卓越期刊《化工學(xué)報(bào)》和《化工進(jìn)展》上發(fā)表8篇系列研究論文。（注：《化工學(xué)報(bào)》和《化工進(jìn)展》兩種期刊均為中國(guó)科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃入選期刊，為國(guó)內(nèi)化工領(lǐng)域最頂尖的權(quán)威中文期刊。）

科學(xué)合理地認(rèn)識(shí)煤分子結(jié)構(gòu)有助于從本質(zhì)上解釋煤的各種反應(yīng)性，從分子水平上對(duì)煤結(jié)構(gòu)的深入了解原則上可以為煤炭的加工、轉(zhuǎn)化和利用提供強(qiáng)有力的支撐。然而，煤的結(jié)構(gòu)具有非均一性，在原子分子尺度下準(zhǔn)確而全面地描述煤炭這樣一種高度復(fù)雜混合物的結(jié)構(gòu)特性較困難。此外，相較于針對(duì)山西、陜西、內(nèi)蒙等出產(chǎn)的煤較多關(guān)注，目前對(duì)于寧東煤微觀(guān)結(jié)構(gòu)及反應(yīng)性的研究非常缺乏?！懊禾壳鍧嵗谩眲?chuàng)新研發(fā)團(tuán)隊(duì)，先后系統(tǒng)研究了寧東紅石灣、棗泉等主要產(chǎn)煤礦區(qū)低階煙煤的地球物理化學(xué)特性和賦存特征，基于平均分子結(jié)構(gòu)的概念，使用現(xiàn)代表征方法結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助和多尺度計(jì)算模擬，發(fā)展了煤的分子結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建方法，實(shí)現(xiàn)了上述寧東典型低階煤的原子尺度分子結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)描述，為其高效清潔轉(zhuǎn)化奠定了理論基礎(chǔ)(論文1、2和3)。

化學(xué)鏈技術(shù)是一種新型煤炭高效加工和利用技術(shù)，具有CO₂有效捕集等顯著優(yōu)勢(shì)。而高效載氧體是當(dāng)前化學(xué)鏈技術(shù)從基礎(chǔ)研究實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。針對(duì)載氧體進(jìn)行設(shè)計(jì)制備，實(shí)現(xiàn)性能提升仍是目前化學(xué)鏈領(lǐng)域的重要研究課題?！懊禾壳鍧嵗谩眲?chuàng)新研發(fā)團(tuán)隊(duì)提出了銅低濃度摻雜鐵基載氧體，基于熱重實(shí)驗(yàn)和密度泛函理論計(jì)算，系統(tǒng)研究化學(xué)鏈燃燒過(guò)程中反應(yīng)活性和微觀(guān)分子反應(yīng)機(jī)理。揭示了銅摻雜改變載氧體表面反應(yīng)的路徑，闡明了低濃度銅摻雜鐵基載氧體與H₂化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)的微觀(guān)機(jī)理。為載氧體的篩選、優(yōu)化和設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)(論文4)。此外，使用熱重分析儀-質(zhì)譜-紅外連用結(jié)合光電子能譜分析，系統(tǒng)探究化學(xué)鏈氣化還原過(guò)程不同階段固相產(chǎn)物中氮賦存形態(tài)的變化，獲得了煤化學(xué)鏈反應(yīng)不同階段中固相氮的賦存形態(tài)及變化規(guī)律(論文5)。

當(dāng)前煤炭資源高效清潔利用面臨嚴(yán)峻的環(huán)境挑戰(zhàn)。揭示煤的不同熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程中污染物釋放和遷移轉(zhuǎn)化對(duì)于污染減排至關(guān)重要?！懊禾壳鍧嵗谩眲?chuàng)新研發(fā)團(tuán)隊(duì)采用先進(jìn)的反應(yīng)分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，研究了燃煤過(guò)程中含氧官能團(tuán)和吡啶/吡咯型氮化物的轉(zhuǎn)化機(jī)理，建立了有機(jī)氮和COx的轉(zhuǎn)化和生成路徑，獲得了HCN、NO和NO₂等關(guān)鍵物種的演變過(guò)程(論文1和6)。

煤的熱解是多種煤炭熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程的關(guān)鍵步驟。煤作為一種極為復(fù)雜的化學(xué)物質(zhì)，對(duì)整個(gè)熱解過(guò)程的反應(yīng)機(jī)理認(rèn)識(shí)很大程度上仍然處于統(tǒng)觀(guān)層面?！懊禾壳鍧嵗谩眲?chuàng)新研發(fā)團(tuán)隊(duì)利用TG-MS技術(shù)研究了寧東慶華煤的顯微組分的熱解，基于Coats-Redfern模型從動(dòng)力學(xué)上闡明鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組的熱解規(guī)律，基于官能團(tuán)和化學(xué)鍵合環(huán)境的差異建立了熱解行為與顯微組分不同化學(xué)鍵裂解的關(guān)聯(lián)規(guī)律(論文7)。近年來(lái)溫室氣體排放導(dǎo)致了全球變暖、生態(tài)惡化、極端天氣頻繁發(fā)生。而CO₂是主要的溫室氣體其對(duì)全球變暖影響的比例最高。因此，實(shí)現(xiàn)燃煤電廠(chǎng)煙道氣中CO₂高效捕集、減少排放是亟待研究和解決的課題?！懊禾壳鍧嵗谩眲?chuàng)新研發(fā)團(tuán)隊(duì)以煤基活性炭為原料，經(jīng)改性活化，用于煙道氣中CO₂吸附。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)復(fù)合氧化改性后，活性炭的介孔體積增大，表面含氧官能團(tuán)增加，CO₂吸附性能提高至2.45 mmol/g，是未改性的2.02倍。經(jīng)十次吸附循環(huán)后，飽和吸附量仍可維持在初始吸附量的92.24% (論文8)。

上述論文第一作者均為“煤炭清潔利用”創(chuàng)新研發(fā)團(tuán)隊(duì)博士/碩士研究生，第一單位和通訊單位均署名寧夏大學(xué)省部共建煤炭高效利用與綠色化工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。研究得到“化學(xué)工程與技術(shù)”一流學(xué)科、省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、寧夏重點(diǎn)研發(fā)重大科技項(xiàng)目等資助。

2019年至今，我校省部共建煤炭高效利用與綠色化工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陸續(xù)在中國(guó)科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃入選期刊《化工學(xué)報(bào)》、《化工進(jìn)展》、《煤炭學(xué)報(bào)》等發(fā)表高質(zhì)量研究論文近20篇。

附8篇論文信息：

論文1.馮煒,高紅鳳,王貴,吳浪浪,許靖欽,李壯楣,李平,白紅存^*,郭慶杰.棗泉煤分子模型構(gòu)建及熱解的分子模擬.化工學(xué)報(bào),2019, 70(4): 1522-1531.

論文2.李壯楣,王艷美,李平,李和平,白紅存^*,郭慶杰.寧東紅石灣煤大分子模型構(gòu)建及量子化學(xué)計(jì)算.化工學(xué)報(bào),2018, 69(5): 2208-2216.

論文3.王強(qiáng)，毛寧，楊妍，張金鵬，白紅存^*.寧夏慶華煤鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組顯微組分的分子結(jié)構(gòu)及對(duì)比分析.化工進(jìn)展,2020,已接收，編號(hào)2020-0286.

論文4.袁妮妮，白紅存，安梅，胡修德，郭慶杰^*.化學(xué)鏈過(guò)程中Cu低濃度摻雜改性Fe-基載氧體反應(yīng)性:實(shí)驗(yàn)與理論模擬.化工學(xué)報(bào),2020,已接收，編號(hào)20200307.

論文5.李彥坤，馬晶晶，常國(guó)璋，胡修德，郭慶杰^*.基于鐵基載氧體的煤化學(xué)鏈氣化還原過(guò)程中氮元素遷移行為.化工進(jìn)展,2019, 38(8), 3631-3639.

論文6.楊慧芳，關(guān)海蓮，李平^*，夏英，王鳳，徐文靜，白紅存，郭慶杰.煤顆粒燃燒過(guò)程氧化機(jī)理及有機(jī)氮轉(zhuǎn)化的分子模擬：以寧東紅石灣煤為例.化工學(xué)報(bào),2020, 71(2): 799-810.

論文7.毛寧，王強(qiáng)，楊妍，徐敦信，馮煒，張金鵬，白紅存^*，郭慶杰.基于顯微組分化學(xué)鍵特征的寧夏慶華煤熱解特性及動(dòng)力學(xué)分析.化工學(xué)報(bào),2020, 71(2): 811-820.

論文8.王燕霞，胡修德，郝健，郭慶杰^*. TEPA負(fù)載復(fù)合氧化活性炭吸附煙氣中的CO₂性能.化工學(xué)報(bào),2020, 71(5): 2333-2343.

（責(zé)任編輯：胡玥）