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煤衍生碳黑可影响煤热解/燃烧过程中温度场分布及污染物形成;且大气中的碳黑对环境与健康都有恶劣影响,其产生机理一直为人们所关注。针对煤中离子可交换态Na（INa）与物理吸附态Na（ANa）对煤衍生碳黑的产生特性与理化性质的影响展开研究,可以揭示碱金属Na影响煤衍生碳黑形成的作用机理。因此,本文在对煤粉炉与层燃炉的现场测试研究中分析了燃煤锅炉PM2.5中的有机碳（OC）与元素碳（EC）;又对原煤、酸洗煤、担载Na的煤和由合成焦担载联二苯或芘所制备的模化煤粉进行沉降炉热解实验,通过对热解气溶胶元素组成、产率、颗粒粒径分布（PSDs）、化学组成与显微结构等物理化学特性分析,研究Na对煤热解产生碳黑过程的影响机制。本文使用ELPI测量燃煤锅炉PM2.5浓度分布,并使用PM2.5采样器收集PM2.5样品。之后通过XRF和碳分析仪分析PM2.5化学组成,通过SEM分析PM2.5形貌。研究发现:碳黑与焦油在燃烧效果较差的层燃炉所产/排PM2.5中含量远高于煤粉炉,并与金属矿物质颗粒聚合成烟尘集合体（链状或簇状）。而层燃炉PM2.5的PSDs也因烟尘集合体存在与煤粉炉的双模态分布（超细颗粒与残灰颗粒）有所不同。PM2.5中EC含量在经过除尘设备后有所升高,说明除尘器对碳黑脱除效果较差,也增加了燃煤锅炉排放碳黑的危害。有鉴于此,本文开展对煤衍生碳黑的研究,并专注于碱金属Na在碳黑形成过程中的作用。本文同样使用ELPI测量煤热解气溶胶的浓度分布,采用盐酸酸洗法去除原煤中金属矿物质,通过FTIR分析煤与气溶胶的有机结构,还通过ICP-OES测试与二氯甲烷萃取测得碳黑与焦油的产率。对6种原煤及相应酸洗煤的碳黑生成特性进行分析表明:煤的有机结构与煤中金属元素都会影响碳黑形成。酸洗煤红外谱图中脂肪氢与芳香氢吸收谱带面积与碳黑产率正相关,但芳香族物质对碳黑的贡献更加显著。由于含氧物质可以抑制焦油的碳黑化,含氧结构吸收谱带面积与焦油转化率负相关。在热解过程中,煤中金属可以催化焦油中脂肪族与芳香族物质裂解,也能够阻碍芳香族化合物之间的缩合。分别担载了INa与ANa的伊敏酸洗煤的热解实验表明:在热解过程中保留在焦碳内的INa可以催化自由基碎片裂解,减少初级焦油产量,使碳黑产率明显降低。而ANa对焦油释放过程影响很小,但更容易气化,且碳黑产率随ANa担载量增加先略有升高再降低。伊敏褐煤挥发分中含量可观的小分子芳香族化合物、高脂肪性物质在1175°C开始转化为碳黑;而含氧物质对碳黑的抑制作用在1250°C最强,因此其碳黑产率随温度变化曲线在这两处存在“转折点”。而含氧物质氧化作用随停留时间延长超过了表面增长,会使碳黑产率降低。气化Na还会影响碳黑颗粒粒径分布,但其作用机制受热解气中带负电的自由基影响。随Na气化量增加,基本碳黑粒子间的碰撞聚集先增强后减弱。通过XPS与FTIR分析碳黑样品的表面与整体化学性质发现:气化Na（INa或ANa）提高了挥发分反应活性,降低了两处转折点的温度。在低温（1100°C）或Na浓度较低时,气化Na的主要作用是促进芳香化合物聚合,有利于碳黑形成;但当温度高于1000°C且Na浓度足够高时,气化Na的主要作用为催化焦油裂解、抑制芳香族化合物缩合,以及促进含氧物质与碳黑及其前驱物发生反应,抑制碳黑形成。部分INa能保持有机结合状态进入碳黑,促进醚与砜两类结构形成,ANa无此作用,且担载ANa所用Na Cl还会形成气态Cl,抑制醚与砜的形成。通过HRTEM与拉曼光谱仪分析碳黑的微观与纳观结构,结果表明:基本碳黑粒子通过初期碳黑粒子碰撞凝并、碳黑的表面增长反应而长大,其粒径主要在10～40 nm区间服从正态分布;碳黑聚集体由基本碳黑粒子经碰撞聚集形成,粒子间碰撞聚集作用越强,聚集体分形维数越高。基本碳黑粒子内部类石墨微晶的长度与曲率都服从对数正态分布,二者随实验参数发生相反的变化;煤所产生基本碳黑粒子内部的无定形碳以脂肪族物质为主,在粒子内核中含量较高。随气化Na浓度增加,Na的影响按碳黑形成顺序从内核延伸至外壳,Na+—π结构可以促进芳香化合物聚合,使粒子内核变小;而在外壳区的Na会增加微晶缺陷,使微晶平均长度增加、平均曲率降低。本文通过在合成焦上担载模型化合物（联二苯与芘）的方式制备模化煤粉以进行模化物热解实验。联二苯与芘两种“小”分子芳香烃在1100°C不产生碳黑,且由于不含脂肪族结构,两种芳香烃在热解过程中几乎不产生焦油。Na含量、温度与停留时间对模型化合物产生的碳黑样品中芳香族物质与含氧官能团的影响与煤相同;但由于产自芳香环破裂,模化煤粉所产生碳黑中脂肪族物质随实验参数变化规律与煤不同。通过量子化学计算软件Gaussian 09构建Na参与前后多环芳烃缩合与·OH氧化多环芳烃的反应路径表明,Na+—π结构增加了萘分子表面静电势,提高了萘分子与萘自由基之间的缩合反应的反应能垒,阻碍反应进行;而Na+络合与C—O—Na两种结构都会降低·OH氧化芘自由基过程中的H转移能垒,促使反应发生。