基于¹H-NMR实验数据的三次样条插值函数模型对热解褐煤孔隙演化的研究

滕英跃^1,2，候星成^1,2，白雪¹，刘全生^1,2，李毅¹，吴侃¹，朱志成¹

1. 内蒙古工业大学化工学院2. 内蒙古工业大学内蒙古自治区低阶碳质资源高值功能化利用重点实验室

摘 要：孔是影响褐煤物理性质的重要因素,为了探究褐煤在不同热解温度下的孔径分布,本工作首先利用低场核磁技术（¹H-NMR）获得了不同温度下热处理褐煤孔径分布的离散数据;然后基于这些离散数据构建了三次样条插值函数模型,通过构建的函数模型得到不同于离散数据的新的孔径分布数据;最后将由函数模型得到的新的孔径分布数据与实验数据对比,分析了函数模型的精度,重点考察了温度阈值范围,并从物理化学角度分析了孔径分布变化的原因。结果表明:随着实验温度的升高,胜利褐煤的孔结构在低于200℃时主要以小孔（10～100 nm）和大孔（100～1 000 nm）的形式存在; 200～500℃微孔（<10 nm）和裂隙（>1 000 nm）居多;在715～950℃时产生更多的裂隙,总体向大孔和裂隙方向移动。函数模型在¹H-NMR数据基础上能较准确地预测孔径分布及温度阈值,在预测热解褐煤总体孔径分布时,与实验数据相比,当温度低于550℃时,预测值的均方根误差（RMSE）偏小,当温度高于550℃时预测值的RMSE偏大。预测不同尺寸孔分布占比时,微孔的占比误差值仅在3.09%以内,小孔的占比误差为0.85%～22.12%,大孔的占比误差值为0.18%～7.95%,而裂隙的占比误差在4.43%以内,精度较高。通过函数模型预测得到,在200～300℃内热处理褐煤孔径分布变化趋势的温度阈值为250℃,这与实验结果的拟合度较高;在500～950℃内孔径分布变化趋势的温度阈值为715℃,这与实验得到的温度阈值700℃有偏差,是由函数模型在预测700℃下热处理褐煤总体孔径分布时的RMSE较大所致。预测结果说明了三次样条插值函数模型对不同温度热解褐煤煤样的孔径分布具有较好的预测精度。

关键词：胜利褐煤;三次样条插值函数模型;热解;孔径分布;温度阈值;