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中國科大發(fā)現(xiàn)煤變質(zhì)過程煤中多環(huán)芳烴組成與煤體結(jié)構(gòu)演化的關(guān)聯(lián)

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中國科大發(fā)現(xiàn)煤變質(zhì)過程煤中多環(huán)芳烴組成與煤體結(jié)構(gòu)演化的關(guān)聯(lián)

摘要: 　　多環(huán)芳烴是環(huán)境中的一類持久性有機污染物，具有“三致”效應(yīng)（致癌、致畸、致突變），受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，煤中含有大量的多環(huán)芳烴（1 – 2500 μg/g），它們以“活動相”的形式賦存于煤的三維網(wǎng)狀大分子 ...

　　多環(huán)芳烴是環(huán)境中的一類持久性有機污染物，具有“三致”效應(yīng)（致癌、致畸、致突變），受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，煤中含有大量的多環(huán)芳烴（1 – 2500 μg/g），它們以“活動相”的形式賦存于煤的三維網(wǎng)狀大分子骨架結(jié)構(gòu)中。在煤的變質(zhì)過程中，煤中多環(huán)芳烴參與煤體結(jié)構(gòu)的演化進程，因此可以用來反演煤化過程的信息。另一方面，由于芳烴大π鍵共軛體系的存在使其結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，因此多環(huán)芳烴在煤有機地球化學(xué)的學(xué)習(xí)中占有重要地位。
　　那么，在長期的地質(zhì)演化史中，煤中多環(huán)芳烴是如何形成的呢？不同時期煤炭中多環(huán)芳烴的來源有什么差別，受什么控制？中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地空學(xué)院教授劉桂建學(xué)習(xí)組通過對采自中國和美國多個煤田的煤樣品中多環(huán)芳烴的分析并結(jié)合對煤體結(jié)構(gòu)及重要官能團的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)煤中多環(huán)芳烴的組成與煤變質(zhì)作用過程中煤體結(jié)構(gòu)的演化有著非常密切的聯(lián)系。該學(xué)習(xí)成果最近發(fā)表在地球化學(xué)期刊地球科學(xué)評論（Earth-Science Reviews）上。
　　劉桂建學(xué)習(xí)組通過對采自美國伊利諾伊州和中國華北聚煤盆地東南緣的不同變質(zhì)作用類型的煤中多環(huán)芳烴的賦存、分布和演變規(guī)律進行一系列學(xué)習(xí)，定量解析了巖漿熱力變質(zhì)作用下煤體結(jié)構(gòu)和煤中多環(huán)芳烴的演化模式以及海、陸相沉積環(huán)境下煤中多環(huán)芳烴的賦存和演化特征，并對煤變質(zhì)作用過程煤體結(jié)構(gòu)和煤中多環(huán)芳烴的耦合機制進行深入探討。通過綜合分析其它歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，煤中多環(huán)芳烴主要來源于成煤前驅(qū)體（如植物遺骸和微生物），伴隨著煤化程度的升高，含有2-6芳香環(huán)多環(huán)芳烴在地溫、壓力作用下發(fā)生化學(xué)分裂和化學(xué)重排，形成熱動力學(xué)穩(wěn)定性更高的高環(huán)芳烴化合物。這一熱動力學(xué)的科學(xué)現(xiàn)象造成煤中PAHs的組成與煤體結(jié)構(gòu)之間存在規(guī)律的響應(yīng)關(guān)系。在整個煤化作用過程中，煤中多環(huán)芳烴的化學(xué)結(jié)構(gòu)演化過程受到各種聚煤條件和地質(zhì)活動的影響，如沉積環(huán)境、古鹽度及細菌活動性、氧化還原電位、地殼運動等。學(xué)習(xí)還發(fā)現(xiàn)地質(zhì)史上的成煤時期曾經(jīng)發(fā)生的全球性野火事件和區(qū)域性巖漿侵入導(dǎo)致煤中多環(huán)芳烴出現(xiàn)的異常賦存現(xiàn)象，主要體現(xiàn)在煤化作用的加深導(dǎo)致煤體結(jié)構(gòu)不斷演化，由此引起的脫羧和縮合反應(yīng)促使煤層的芳香度不斷升高以及芳香層數(shù)不斷增加；此外，激光共焦顯微拉曼光譜分析結(jié)果表明，巖漿侵入所產(chǎn)生的“烘烤、擠壓、剪切”等熱力和應(yīng)力作用，使得煤中脂肪族、脂環(huán)族及側(cè)鏈脫落速度加快和芳香族化合物結(jié)構(gòu)有序程度提高。
　　該學(xué)習(xí)成果受到國家重點研發(fā)計劃（No. 2016YFC0201600）、國家自然科學(xué)基金（41403076）、博士后特別資助基金（2014T70594）和安徽省自然科學(xué)基金（1408085QD）的資助，第一和通訊作者為中國科大特任副學(xué)習(xí)員王儒威。編輯和三位審稿人都認為該成果對理解煤中多環(huán)芳烴的來源以及開拓多環(huán)芳烴環(huán)境地球化學(xué)示蹤學(xué)習(xí)具有重要的意義，并促進了多環(huán)芳烴在煤地質(zhì)學(xué)和有機地球化學(xué)的相關(guān)學(xué)習(xí)。



　　煤變質(zhì)作用過程中煤體結(jié)構(gòu)演化與煤中多環(huán)芳烴的關(guān)系中國科大發(fā)現(xiàn)煤變質(zhì)過程煤中多環(huán)芳烴組成與煤體結(jié)構(gòu)演化的關(guān)聯(lián)  |  責(zé)任編輯：蟲子
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