煤炭是我国储量最丰富而的化石能源,煤炭的高效清洁利用一直是能源领域研究的重点和难点。燃煤过程中形成的碳黑会影响燃烧效率,排放到大气中将对环境和人体产生巨大危害。煤热解衍生碳黑的过程复杂,受到多种因素的影响,如热解温度、热解时间、煤种差异以及金属物质等。研究表明,煤中金属矿物质会影响碳黑及其前驱物的形成,但对于不同种类(碱金属、碱土金属和过渡金属)、不同存在形式(赋存于焦炭表面、气态或纳米级颗粒态)的金属对煤衍生碳黑形成的影响机制需进一步研究。铁是煤中一种重要的、具有代表性的过渡态金属,因此研究铁对煤热解/燃烧过程中碳黑形成影响及作用机制,是煤中金属矿物质对煤燃烧过程中碳黑生成影响机制研究的重要环节。本文主要对铁对煤热解衍生碳黑形成的影响进行初步的实验研究。本文在沉降炉上进行纯氮气氛下快速热解实验,通过对比分析酸洗煤粉与担载铁酸洗煤粉热解产物的理化特性,探究铁含量、温度和停留时间对煤热解衍生碳黑的影响规律。实验采用荷电低压撞击器在线测量生成颗粒物的粒数和质量浓度,并对热解样品进行全采样;通过二氯甲烷溶液协同超声震荡的方法分离碳黑和焦油;采用电感耦合等离子光谱仪检测样品中金属离子含量;采用拉曼光谱及透射电镜观察碳黑的微观形貌及结构信息;采用傅里叶红外光谱仪测试碳黑样品中官能团含量。研究结果表明,热解温度促进多环芳香化合物脱氢缩合,即焦油向碳黑的转化程度,也提高了基本碳粒子碳层的有序化程度;同时碳黑的氧化程度增加,基本碳粒子粒径逐渐降低,聚集体结构更加紧密。停留时间促进多环芳香化合物脱氢缩合,同时碳黑的氧化程度增加,碳黑生成是长大与氧化相互竞争的过程。铁会影响多环芳香化合物间脱氢缩合反应,抑制了碳黑的生成,且随温度、停留时间、铁含量增加抑制作用逐渐增强;同时铁会影响基本碳粒子生成,其碳层无序化程度增高,平均粒径降低,生成的碳黑聚集体结构更紧密。