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1、模块七 煤的有机质结构,第三讲 煤的化学结构模型,第三讲 煤的化学结构模型,从20世纪初开始研究煤结构以来，人们提出的煤分子结构模型已有十几个之多，本讲将对五个有代表性的结构模型予以简要介绍，以期从不同的侧面了解煤的化学结构。,Fuchs化学结构模型Given化学结构模型Wiser化学结构模型本田化学结构模型 Shinn化学结构模型,第三讲 煤的化学结构模型,1. Fuchs化学结构模型 图6-3是由德国人WFuchs提出，Krevelen于1957年进行了修改了的煤结构模型。 Fuchs模型将煤描绘成由很大的蜂窝状缩合芳香环和在其边缘上任意分布着以含氧官能团为主的基团所组成的一类大分子化合物
2、，煤中缩合芳环平均为9个，最大部分有11个之多。随后，煤结构的研究开始广泛采用X射线衍射、红外光谱分析和统计结构解析等物理测试和分析方法，研究水平有了一定提高，提出了许多经典性的煤结构模型。但这些模型与Fuchs模型具有一个共同的特点，即结构单元中芳香缩合环都很大。,第三讲 煤的化学结构模型,图6-3 Fuchs化学结构模型（经Van Krevelen修改）,第三讲 煤的化学结构模型,2. Given化学结构模型 Given化学结构模型表示低煤化度烟煤是由环数不多的缩合芳香环（主要是萘环）构成的一类大分子化合物，如图6-4所示。在这些环结构之间以脂环相互连接，分子呈线性排列构成折叠状、无序的三
3、维空间大分子。氮原子以杂环形式存在，大分子结构上连有多个在反应或测试中确定的官能团如酚羟基和醌基等。 Given模型加强了煤中氢化芳环结构，这些结构在煤液化反应过程的初期具有供氢活性。缩合芳香环结构单元之间交联键的主要形式是邻位亚甲基，但模型中没有含硫的结构，也没有醚键和两个碳原子以上的次甲基桥键，这是Given化学结构模型的不足之处之 一。,第三讲 煤的化学结构模型,图6-4 Given化学结构模型,第三讲 煤的化学结构模型,3. Wiser化学结构模型 Wiser化学结构模型被认为是迄今为止比较全面、合理的一个，主要针对年轻烟煤，基本上反映了煤分子结构的现代概念，可以合理解释煤的液化和其他
4、化学反应性质。Wiser化学结构模型如图6-5所示。 Wiser化学结构模型的主要不足在于缺乏立体结构的考虑，即缺乏对给出的官能团、取代基以及缩合芳环等在立体空间中形成稳定化学结构和谐性的考虑。,第三讲 煤的化学结构模型,图6-5 Wiser化学结构模型,第三讲 煤的化学结构模型,4.本田化学结构模型 本田模型如图6-6所示。该模型的特点是最早设想在有机结构部分存在着低分子化合物，缩合芳香环以菲为主，它们之间有比较长的次甲基键连接，对氧的存在形式考虑比较全面。不足之处在于没有包括硫和氮的结构。,第三讲 煤的化学结构模型,图6-6 本田化学结构模型,第三讲 煤的化学结构模型,5. Shinn化学
5、结构模型 Shinn化学结构模型是目前广为人们接受的煤大分子模型，是根据煤在一段和二段液化过程产物的分布提出来的，所以又叫做反应结构模型，如图6-7所示。 与以上几种模型（C100左右）不同，Shinn化学结构模型以烟煤为对象，以分于量为10000为基础，将考察结构单元扩充至C661，通过数据处理和优化得出分子式为C661H561O74N16S6，此模型不仅考虑了煤分子中杂原子的存在，而且官能团、桥键分布均比较接近实验结果。Shinn模型中含氧较多，基本结构的芳香环数多为23个，其间由14个桥结构相连。大多数桥结构是亚甲基（CH2）和醚（O）。氧的主要存在形式是酚羟基。模型中有一些特征明显的结构单元，如缩合的喹啉、呋喃和吡喃。,第三讲 煤的化学结构模型,该结构假设芳环或氢化芳环单位由较短的脂链和醚键相连，形成大分子的聚集体，小分子相镶嵌于聚集体孔洞或空穴中，可通过溶剂溶解抽提出来。,图6-7 Shinn化学结构模型,
