从我国一次能源消耗结构和趋势看,低阶煤褐煤在能源供给过程中正扮演着越来越重要的角色。为了能高效清洁的利用褐煤资源,必须深入了解其结构内部的大分子结构特征。本文通过工业和元素分析、13C NMR、Raman、XPS和FTIR等一系列检测手段,获取了用于构建煤分子模型的必要参数,并分别构建了霍林河(HLH)原煤、微波改质后HLH、超声波改质后HLH的分子结构模型,对比分析微波改质和超声波改质技术对HLH大分子结构的影响。最后使用Marerial Studio 8.0软件对模型进行优化调整以及量子化学计算。得出如下结论:(1)XPS检测确定了N元素及O元素的存在形式,其中N元素主要以不同比例的N-5、N-6以及N-Q形式存在;O元素主要以C-O和COO-结构形式存在;通过13C NMR确认了改质前后HLH褐煤的11种基本结构参数和芳香桥碳与周碳之比XBP,其中HLH原煤XBP=0.26,微波改质后HLH煤样XBP=0.29,超声波改质后的HLH煤样XBP=0.28;Raman光谱与XRD光谱相结合发现,经过微波及超声波处理后其结构中的芳香环层排布有序化程度增加,脂肪链及侧链含量降低。(2)确认了HLH原煤的平均分子式为C167H149O27N3,芳香结构包括5个苯环、6个萘环、2个吡咯环和1个吡啶环;微波改质HLH煤样的平均分子式为C148H129O20N3,芳香结构包括3个苯环、4个萘环、1个蒽环、1个吡啶环和2个吡咯环;超声波改质HLH煤样的平均分子式为C155H131O23N23,芳香结构包括3个苯环、5个萘环、1个蒽环、1个吡啶环和2个吡咯环。微波及超声波提质为芳香环间的结合提供了所需的能量,使得结构中芳香环的并环数增加,结构趋于稳定,煤粉中的脂肪结构在经过改质处理后脂肪链及侧链的含量降低。(3)根据分子动力学模拟方法得到了能量最小构型即退火后的稳定构型。经改质后的模型的芳香层片发生了明显的弯曲扭转,连接芳香层片之间的亚甲基等C-C键的角度增大,特别是其中的叔碳与季碳位置扭转幅度最大,使得优化后的空间结构立体感增强。(4)利用量子力学计算了三种构型的键长与键级。HLH改质前后结构模型中脂肪烃链的C-C化学键的稳定性最低,造成脂肪链及侧链在改质过程中易发生断裂;由于苯环自身的稳定性强,在改质过程中难以被破坏,且苯环会降低与之相连的碳氧(C-O)键的反应活性。所得结果与实验检测结果相吻合,因此利用量子力学计算可以为褐煤的提质研究提供新的切入点。