煤炭作为我国能源消费的基石,长期以来占到能源消费结构的70%左右。随着优质煤资源的日益紧缺,储量丰富的褐煤的大规模开采利用势在必行。但是褐煤水分含量高、热值低、易风化、易自燃等特点严重制约了褐煤的高效清洁利用。褐煤表面含有丰富的含氧官能团,加之疏松多孔的结构使其即使是在干燥提质后也会再次吸收水分。因此,在干燥提质过程中对褐煤物理和化学结构进行调变,是褐煤清洁高效利用的理论基础,具有非常重要的现实意义。本文选取我国典型的褐煤作为研究对象,运用原位傅里叶红外光谱仪对不同提质条件下褐煤基团的变化情况进行了表征,分析了褐煤在干燥提质中各种基团的分解、氧化和转化规律。结合化学滴定法及氮吸附表征结果,考察了不同提质气氛和时间下褐煤物化结构的演变及其对水分复吸特性的影响。研究结果主要包括以下几个方面:(1)提质褐煤的平衡含水量(EMC)随着提质时间的延长及温度的升高而降低。160 oC和200 oC下,氮气气氛中所得提质煤样的EMC明显低于空气氛中所得煤样,但240 oC下,两种气氛下所得煤样的EMC基本相等。(2)CHX基团在提质温度高于200 oC时明显减少,尤其在空气气氛下减少较多。分解活化能的大小顺序为CH2>CH>CH3,氧化活化能大小顺序为CH>CH3>CH2。褐煤中羧基的亲水性最强,醛类物质次之,其分别约为酮类物质的9倍和3倍。醌类、酯类和酸酐物质与其平衡含水量之间没有明显关系。(3)提质温度高于160 oC时,N2和水蒸气以及CO2和水蒸气的混合气氛中煤样的失重率大于单一气氛。混合气氛中水蒸气的存在使得褐煤在提质过程中的中孔数量减小,比表面积明显降低,从而使得提质煤的EMC减小。提质煤的在相对湿度95%时水分子填满小于40nm的孔道,EMC与孔体积有良好的线性关系。(4)N2和水蒸气混合气氛下所得提质煤样的COOH含量较N2中得到的煤样有明显增加,但在CO2中,水蒸气的引入对COOH的分解影响不大。N2气氛下,随着干燥提质的进行,OH和C=O含量逐渐减少。在N2和水蒸气混合气氛中,C=O在干燥过程中先减少后增加。(5)相对湿度小于17%时,煤样的水分复吸量主要与含氧官能团的量有关。在17%~75%时,EMC的变化速率较慢,说明水分在褐煤表面形成多层吸附。相对湿度由75%增加到95%时,水分在褐煤孔道中形成毛细凝聚,同时水分在脱附过程中出现滞后现象。