热变煤的变质演化纳米特性及其类石墨结构特征

摘要：

热变煤所处地质条件明显异于正常变质作用煤,由于受到直接接触的岩浆侵入体影响,热变煤一方面经受了快速升温缓慢冷却的受热过程,另一方面也受到侵入体接触挤压带来的额外应力作用,这使得热变煤的碳纳米结构变化明显异于正常变质作用煤.为揭示热变煤中碳纳米结构的特殊性,基于X射线衍射(XRD)与高分辨率透射电镜(HRTEM)分析手段,研究热变煤的微晶结构参数演化,同时对热变煤中碳纳米结构类型及其成因进行系统分析.结果表明:与深成变质作用煤相比,热变煤的微晶层间距更接近石墨微晶.在镜质体反射率小于10％时,热变煤的层间距和La/Lc均呈现三阶段变化.在热变煤中,识别出4种碳纳米结构,即无序芳香簇结构、芳香同心环状结构、涡层结构和类石墨状结构.其中,类石墨状结构主要出现在颗粒边缘、显微组分相互挤压面上以及孔隙裂隙边缘处,其成因与颗粒内部应力有关.相比于其他3种碳纳米结构,类石墨状结构的定向性更好,同时其芳香层片的长度也更长.与正常变质煤受热形成的类石墨结构不同,热变煤颗粒边缘类石墨结构的层间距更小而延展度更大.基于此,通过改进的Hummers法可从热变煤中制备得到石墨烯,但缺陷特征明显,因此亟需进一步深入研究.

关键词：热变煤、纳米结构、内部应力、结构演化、石墨烯

所属期刊栏目：48

分类号：TQ536

资助基金：国家自然科学基金42072196

在线出版日期：2023-05-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：846-854