开展新型煤炭脱硫理论与技术研究,对提高我国煤炭洁净利用水平和改善生态环境具有重大意义。微波作为一种特殊能量手段,在煤脱硫领域的应用引起了同行专家的高度关注。本文选取山西新峪煤为研究对象,在对煤中含硫组分赋存形态分析基础上,选取了二苄基硫醚、二苯砜、二苯并噻吩进行微波-水浴对照实验和非等温动力学实验,并采用量子化学计算分析了三种化合物的特性以及二苯并噻吩与过氧乙酸的反应情况,探索煤炭微波脱硫机理,进而揭示煤炭微波脱硫的非热效应。得到如下结论:(1)采用高斯09量子化学计算分析了三种模型化合物的分子特性,明确了反应活性位点,含硫键强弱及其反应活性。结果表明:C-S键键长及偶极矩大小顺序为:二苄基硫醚>二苯砜>二苯并噻吩,即二苄基硫醚的S最易脱除,而二苯并噻吩最难脱除;能隙大小顺序为:二苄基硫醚<二苯并噻吩<二苯砜,说明二苄基硫醚反应活性最好,二苯并噻吩反应活性最差;三种分子的Hirshfeld电荷分析表明,二苄基硫醚分子中S原子的电荷数为负值,最易发生反应,而二苯砜和二苯并噻吩不易发生反应;从分子轨道角度分析,二苄基硫醚和二苯并噻吩中的S原子为分子中的反应活性点,而苯砜的亲电活性点应该在两侧的苯环。(2)通过对二苯并噻吩与过氧乙酸的反应过程的量子化学计算分析表明:二苯并噻吩C-S键的键解离能随着氧化程度的增加均是先减小后增大,即硫醚类和噻吩类硫在脱硫过程中均是先生成更容易被氧化脱除的中间产物,然后再进一步反应生成磺酸盐等易溶于水的产物,从而达到脱硫效果;二苯并噻吩分子氧化反应的热力学分析说明,二苯并噻吩随着反应进行,偶极矩增大,电子能量降低,能隙变化不大,故其氧化产物极性增大,稳定性也增高。且二苯并噻吩分两步氧化反应,第一步反应较难发生,第二步反应相对容易。(3)通过微波-水浴对照实验研究,结果表明:煤样与三种模型化合物两种方法处理后的硫分脱除率均随着温度的升高而增大,且微波处理后脱硫率比水浴方法处理后明显要高;结合FTIR、XANES和XPS分析发现,微波的非热作用并不会破坏煤的大分子结构,而是通过改变分子中含硫键的键长、偶极矩、能隙以及电子云的密度,促进煤中含硫分子与过氧乙酸的反应,从而提高脱硫率。(4)通过对煤样及三种模型化合物的非等温动力学研究发现:四种脱硫体系反应沸点均在110゜C左右,且体系升温速率均随微波功率的增加而变大;随着微波功率的变化,新峪煤与3类模型化合物的活化能与指前因子均发生了相应的变化,可以说明,微波对煤炭联合过氧乙酸脱硫反应的作用是非线性的;除热效应外,微波作用还存在非热效应使得反应的活化能降低,指前因子增大。