【摘要】 本研究在40℃至500℃的温度范围内，在不同氮气稀释的空气氧化条件下进行了一系列TG-DSC和EPR实验。

氮气被广泛用于防止煤矿井下煤的自燃。基于非等温热重-差示扫描量热法（TG-DSC）和电子顺磁共振（EPR）实验，Tongyu Zhao等人[1]研究了不同氧化阶段氮气对煤层氧化的抑制作用。

 

本研究在40℃至500℃的温度范围内，在不同氮气稀释的空气氧化条件下进行了一系列TG-DSC和EPR实验。首先，根据关键特征温度，将煤的氧化分为不同的阶段。然后，根据反应热计算的转化率，研究了动力学参数。此外，还对自由基进行了分析，以解释氮对煤氧化的影响。这项研究可以加深对氮在防止煤炭自燃中所起作用的理解。

 

实验过程中首先，在测量之前，根据Netzsch提供的校准集对TG-DSC设备进行温度和灵敏度校准。然后，将样品放置在位于反应室顶部的样品载体的顶部的坩埚中。在100 mL/min的总气流下，以10℃/min的加热速率加热煤样品（约5 mg）。然后在不同的氮气稀释氧化气氛下进行实验。

 

实验发现，关键特征温度随着氧化环境中氮的增加而稳定增长，从而导致更长的氧化阶段。最重要的发现是，在慢速和快速氧化阶段，由于氮和氧对煤的竞争吸附，氮对煤氧化的抑制作用在85.0–95.0%的范围内停滞。然而，在煤到达热分解和燃烧阶段之前，煤的动力学参数无法反映这种抑制作用。

 

氮也会影响煤氧化过程中的自由基类型和自由基浓度：氧化环境中氮的浓度越高，自由基类型的数量越多，自由基浓度越低。该实验研究提高了对氮在不同氧化阶段对煤氧化的抑制作用的认识，为自燃煤层的煤火防治提供了重要参考。

 

[1] Tongyu Zhao, Shengqiang Yang, Xincheng Hu, Wanxin Song, Jiawen Cai, Qin Xu, Restraining effect of nitrogen on coal oxidation in different stages: Non-isothermal TG-DSC and EPR research, International Journal of Mining Science and Technology, Volume 30, Issue 3, 2020, Pages 387-395.

 

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