煙煤物理吸附氧氣的吸附機(jī)理

華坤鵬，逯園坤

（1.中煤科工集團(tuán)常州研究院有限公司，江蘇 常州 213015；2.天地（常州）自動(dòng)化股份有限公司，江蘇 常州 213015；3.遼寧工程技術(shù)大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 葫蘆島 125105）

煤炭是我國(guó)的主要能源，占能源結(jié)構(gòu)的70%。煤炭自燃是威脅煤礦安全生產(chǎn)的重大災(zāi)害之一。雖然從17 世紀(jì)以來(lái)己經(jīng)有大量關(guān)于自燃的研究，但是目前還沒(méi)有清楚地了解煤的自燃機(jī)理。煤自燃機(jī)理的研究工作，對(duì)于提出行之有效的防治措施，提高自燃防治工作的效率非常重要，對(duì)保護(hù)礦工人身安全、保護(hù)煤礦資源和凈化生態(tài)的環(huán)境具有重要的實(shí)用價(jià)值[1-3]。

近年來(lái)，為了從分子水平上認(rèn)識(shí)煤與氧氣的物理吸附的相互作用機(jī)制，許多學(xué)者分別從物理實(shí)驗(yàn)和量子化學(xué)方法進(jìn)行了研究。在通過(guò)煤與氧氣物理吸附的物理實(shí)驗(yàn)來(lái)研究其特性方面，鄧軍等[4]利用ZRJ-1 型煤自燃傾向測(cè)定儀研究了不同溫度下的煤的物理吸氧量變化規(guī)律；張樹(shù)川等[5]采用ZRJ-1 型煤自燃傾向測(cè)定儀在不同氧氣流量下煤物理吸附氧進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，得到在環(huán)境溫度等條件相同的情況下煤物理吸內(nèi)氧量的最佳氧氣流量，從而確定了煤自燃傾向性鑒定實(shí)驗(yàn)的最適合吸附氧氣流量；一系列結(jié)果表明，影響吸氧量的因素有溫度、粒度、水分等。另一方面，通過(guò)分子模擬方法也是對(duì)煤與氧氣的物理吸附的一種比較好的方式，鄧存寶等[6-7]提出了煤表面在側(cè)鏈吸附單氧分子，要比在苯環(huán)上吸附對(duì)煤的氧化自燃的貢獻(xiàn)大、氧分子更易與煤表面中的氨基發(fā)生物理吸附；吳康華[8]整理了甲基苯甲酸模型、甲基苯甲醛、苯甲醚、苯甲醇的鍵長(zhǎng)、Mulliken 電荷布居數(shù)、吸附能得到了氧分子在活性基團(tuán)上發(fā)生吸附時(shí)，將氧分子在不同活性基團(tuán)上的吸附活性排序：甲氧基＞醛基＞帶經(jīng)基的亞甲基＞甲基＞竣基；王曉波等[9]以簡(jiǎn)化的芳香環(huán)作為煤的芳香環(huán)骨架，并適當(dāng)添加側(cè)鏈構(gòu)建煤活性特征結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模型，用于分析煤吸附氧氣的作用機(jī)理，通過(guò)比較幾何構(gòu)型、吸附位置、吸附平衡距離、電荷集居數(shù)與振動(dòng)頻率、吸附能得到側(cè)鏈對(duì)氧分子的吸附會(huì)造成苯環(huán)吸附減弱；相建華等[10]應(yīng)用巨正則系綜蒙特卡洛（GCMC）及分子動(dòng)力學(xué)方法對(duì)兗州煤模型的吸附行為進(jìn)行了研究，獲得了CH4、CO2與H2O 的吸附量、吸附構(gòu)型以及含氧官能團(tuán)的影響，并利用等量吸附熱及能量變化數(shù)據(jù)揭示了3 種物質(zhì)的不同吸附機(jī)理；金智新等[11]采用蒙特卡洛方法得到了水在煤中吸附過(guò)程概率密度的三維分布，從而更直觀全方位地認(rèn)識(shí)水的吸附行為及機(jī)理；武司苑等[12]應(yīng)用用Materials Studio 軟件得出一些CO2、N2等氣體的吸附規(guī)律，但Gaussian 程序是專(zhuān)門(mén)做量子力學(xué)的軟件，對(duì)分子動(dòng)力學(xué)的模擬缺少一些動(dòng)力學(xué)的分析。

從以上的研究中，可以發(fā)現(xiàn)目前對(duì)煤物理吸附和化學(xué)吸附的研究現(xiàn)狀，還缺少煤物理吸附O2量的范圍和影響因素研究；同時(shí)對(duì)氧氣的吸附研究不是特別的完善；且在實(shí)驗(yàn)中煤對(duì)氧氣物理吸附和化學(xué)吸附的界限無(wú)法區(qū)分，無(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)方式把化學(xué)吸附和物理吸附氧氣徹底區(qū)分開(kāi)。為了進(jìn)一步探究煤自燃機(jī)理，更好地掌握自燃的規(guī)律，應(yīng)當(dāng)加大對(duì)煤物理吸附氧氣的模擬研究力度，同時(shí)也應(yīng)對(duì)煤物理吸附氧氣微觀變化加大研究力度。為此，利用Materials Studio 軟件的蒙特卡洛模擬來(lái)進(jìn)行煤氧物理吸附研究，包括吸附的范德華能、等量吸附熱、吸附量、吸附密度、徑向分布函數(shù)、均方位移等；從微觀角度研究煤分子對(duì)氧分子的物理吸附過(guò)程，分析影響煤氧吸附的相關(guān)因素，得到煤物理吸附氧氣的規(guī)律，以了解煤物理吸附O2的特性[13-16]。

1 煤結(jié)構(gòu)模型與計(jì)算方法

1.1 平頂山煙煤模型

煤結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，沒(méi)有固定的模型。以平頂山煙煤為對(duì)照，建立了煤分子模型，分子式為C108H71O4N，C、H、O、N 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為89.69%、4.91%、4.43%、0.97%。與平頂山煙煤的元素分析的質(zhì)量分?jǐn)?shù)十分接近。

首先建立煤基本結(jié)構(gòu)和甲烷分子，利用采用Amorphous Cell 模塊根據(jù)基本結(jié)構(gòu)單元固定密度構(gòu)建周期性結(jié)構(gòu)，將9 個(gè)煤分子和900 個(gè)甲烷分子共同構(gòu)筑在晶胞內(nèi)，構(gòu)筑密度為0.3 g/cm3，力場(chǎng)選擇Dreiding 力場(chǎng)，溫度為298 K，計(jì)算步數(shù)為1×107步，然后將900 個(gè)甲烷分子刪除。通過(guò)Forcite 模塊進(jìn)行幾何優(yōu)化，首先進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，靜電場(chǎng)利用Atom based，設(shè)置范德華力的截?cái)喟霃叫∮诿壕О囊话?，力?chǎng)選擇Dreiding 力場(chǎng)，計(jì)算步數(shù)為1×106，計(jì)算得出初步的煤超晶胞，首先需要宏觀正則系綜（NPT）進(jìn)行人為擴(kuò)胞，力場(chǎng)選擇Dreiding 力場(chǎng)，模擬步數(shù)設(shè)為5×106，幀數(shù)間隔步數(shù)為500，溫度為298 K，使內(nèi)應(yīng)力變的合理，由于擴(kuò)胞后煤分子會(huì)發(fā)生一些扭曲，故需要用等溫等壓系統(tǒng)（NVT）使煤分子充分舒展開(kāi)，力場(chǎng)選擇Dreiding 力場(chǎng)，模擬步數(shù)設(shè)為5×106，幀數(shù)間隔步數(shù)為500，溫度為298 K，由于NPT 使體系具有一定的速度，所以初始速度設(shè)為Current，但得出的煤晶胞有可能沒(méi)收斂，需要重復(fù)進(jìn)行NPT 和NVT，使煤晶胞的邊長(zhǎng)趨于穩(wěn)定不變，在經(jīng)過(guò)2 次循環(huán)可得出合適的超晶胞。煤結(jié)構(gòu)及O2結(jié)構(gòu)模型如圖1。

對(duì)于O2的模型現(xiàn)階段有2 種模型：一種是非極性分子，原子電荷為0；另1 種是帶虛原子的O2模型，如B Vujic[17]建立的O2模型（圖1），通過(guò)O-mid來(lái)構(gòu)造O2模型，這種模型的主要目的是兩端的氧原子點(diǎn)帶電荷，但整體的氧分子的是不帶電荷。選擇更合理的非極性分子O2模型即氧分子的原子電荷為0，O-O 鍵長(zhǎng)為0.148 0 nm。

圖1 煤結(jié)構(gòu)及O2 結(jié)構(gòu)模型Fig.1 Coal structure and oxygen structure model

1.2 計(jì)算方法

利用Materials Studio 中的Sorption 模塊，采用巨正則系綜蒙特卡洛（grand canonical monte carlo GCMC）方法，把吸附質(zhì)分子看作剛性小分子，因此，采用Metropolis 接受規(guī)則，接受吸附質(zhì)分子交換、構(gòu)象異構(gòu)化、轉(zhuǎn)動(dòng)、平動(dòng)和再生的比例分別為4、2、2、2、0.1，其中轉(zhuǎn)動(dòng)的最大角度為5°平動(dòng)最大距離為0.1 nm。模擬的力場(chǎng)選擇Dreiding 力場(chǎng)，Dreiding 力場(chǎng)適用于有機(jī)小分子、大分子、主族元素的計(jì)算，在該力場(chǎng)中總能量（E）包括價(jià)電子能（Eval）和非成鍵能（Enb），范德華能（Evdw）和氫鍵作用能（Ehb）都包含在非成鍵能中。前人研究結(jié)果表明此力場(chǎng)適用于煤結(jié)構(gòu)以及吸附的研究[18]，靜電作用采用Ewald 加和法，精度為4.186×10-3kJ/mol，范德華作用和氫鍵作用采用Atom based 法，范德華力的截?cái)喟霃叫∮诿壕О囊话爰纯?，煤盒子的邊長(zhǎng)為38.899 nm，故分別取16 nm 和1 nm。經(jīng)過(guò)計(jì)算為使結(jié)果具有依據(jù)性，在模擬中C/D 要達(dá)到1.0 左右，經(jīng)過(guò)試算將模擬步數(shù)設(shè)為2×107，其中包括1×107的平衡步數(shù)，1×107的生產(chǎn)步數(shù)，最小能量框設(shè)為10 幀，用來(lái)計(jì)算過(guò)程中的物理吸附量。

2 結(jié)果與討論

2.1 O2 的單組分等量吸附熱

為研究溫度對(duì)煤物理吸附O2的影響，分析了在298.15、303.15 K，隨壓強(qiáng)增大的等量吸附熱，不同壓力下等量吸附熱隨吸附量變化情況如圖2。由圖2可知：由于溫度的升高，等量吸附熱逐漸下降，且等量吸附熱相對(duì)來(lái)說(shuō)比較小，都小于42 kJ/mol，均屬于物理吸附，從側(cè)面驗(yàn)證了本方法適用于研究煤物理吸附氧氣的特性?？梢钥闯鲈谀M的情況下，溫度對(duì)等量吸附熱的影響相對(duì)來(lái)說(shuō)變化微小，且隨著壓強(qiáng)的增大等量吸附熱的變化微小。

圖2 不同壓力下等量吸附熱隨吸附量變化情況Fig.2 Variation of equal adsorption heat with adsorption capacity under different pressures

2.2 煙煤吸附能量變化

除了預(yù)測(cè)宏觀現(xiàn)象，如吸附等溫線和吸附熱，GCMC 模擬還可以提供分子尺度上的詳細(xì)圖片，這些信息可以進(jìn)一步分析以獲得能量相互作用、擇優(yōu)位置和最終吸附機(jī)理的信息。這些勢(shì)能圖說(shuō)明了框架中具有最低相互作用能的區(qū)域，因此也就說(shuō)明了優(yōu)先吸附位點(diǎn)，故利用GCMC 模擬結(jié)果進(jìn)行能量分析也是對(duì)物理吸附氧氣理論的補(bǔ)充，吸附能量分布圖如圖3。圖中：P（E）為能量E 的概率分布。

圖3 吸附能量分布圖Fig.3 Adsorption energy distribution

在壓力為定值100 kPa，在283.15～363.15 K時(shí)，以能量為橫軸，以E 的概率為y 軸，即P（E）是E的概率，數(shù)值越大，則該能量的概率越高，因此也就說(shuō)明了優(yōu)先吸附位點(diǎn)，負(fù)值越大說(shuō)明相互作用越強(qiáng)，吸附位越有利。從圖3 可知，溫度升高，能量分布的概率越高，即在363.15 K 時(shí)P（E）在達(dá)到了最高點(diǎn)，即此時(shí)概率最大，此值靠近0，即相互作用稍弱，其大致規(guī)律是物理吸附O2時(shí)隨溫度升高，相互作用呈減弱的趨勢(shì)，從而影響吸附量下降。

2.3 吸附密度場(chǎng)變化

為更加直觀地了解煤物理吸附O2的吸附位及吸附時(shí)的微觀變化，同時(shí)分析了煤物理吸附O2的密度場(chǎng)變化。密度場(chǎng)分布代表了在蒙特卡洛平衡步數(shù)中煤物理吸附氧氣的吸附位的統(tǒng)計(jì)平均的結(jié)果，在298.15、303.15 K 下70～120 kPa 的吸附密度場(chǎng)變化情況如圖4、圖5。圖中的顏色越深表示其吸附位的吸附的概率越大，可以發(fā)現(xiàn)在298.15 K 時(shí)，其吸附隨壓力增加，其著色點(diǎn)越多，意味著其吸附量越大，且大部分呈藍(lán)色，分布在空腔中，表示孔隙的吸附密度很低，且隨壓力增加，著色點(diǎn)少部分由藍(lán)轉(zhuǎn)紅，說(shuō)明其物理吸附會(huì)隨壓力的增加逐漸達(dá)到飽和，也從側(cè)面說(shuō)明煤物理吸附O2不易達(dá)到飽和。

圖4 298.15 K 下吸附概率密度分布圖Fig.4 Distribution of adsorption probability density at 298.15 K

圖5 303.15 K 下吸附概率密度分布圖Fig.5 Distribution of adsorption probability density at 303.15 K

同時(shí)為比較溫度對(duì)煤物理吸附O2的影響，對(duì)比298.15、303.15 K 的吸附密度圖，發(fā)現(xiàn)在同等壓力下，由298.15 K 至303.15 K 其著色點(diǎn)個(gè)數(shù)稍有降低，說(shuō)明吸附位概率稍有減少，吸附量有下降。

煤物理吸附O2的密度分布的分析，與上述的等量吸附熱、等溫吸附線、吸附能量、吸附量得到的結(jié)果是一致，這些特性相互驗(yàn)證，為煤物理吸附O2機(jī)理提供更多的理論基礎(chǔ)。

2.4 孔隙中O2 分子和官能團(tuán)的相互作用

2.4.1 孔隙中O2分子和芳香官能團(tuán)的相互作用

徑向分布函數(shù)gab（r）（Radial distribution function）是描述粒子密度作為距參考原子的距離的函數(shù)如何變化，是表征粒子微觀結(jié)構(gòu)特征的物理量，能夠反映粒子聚集有序的特性，可以解釋為系統(tǒng)的局域密度與平均密度的比值，其表達(dá)式為：

式中：dN 為距a 原子r 到r+dr 殼層范圍內(nèi)的b粒子的數(shù)目；ρb為粒子b 的密度。

煤中芳香結(jié)構(gòu)和脂肪結(jié)構(gòu)編號(hào)圖如圖6，在溫度298.15 K 的溫度下孔隙中O2與各類(lèi)官能團(tuán)的徑向分布函數(shù)如圖7。

圖7 298.15 K 的溫度下孔隙中O2 與各類(lèi)官能團(tuán)的徑向分布函數(shù)Fig.7 Radial distribution function of O2 and various functional groups in pores at 298.15 K

由圖7 可知，O2與吡咯形成明顯主峰，峰值大小為9.239 9，說(shuō)明在吸附過(guò)程中，吡咯官能團(tuán)的吸附能力相對(duì)幾種官能團(tuán)來(lái)說(shuō)是最強(qiáng)的，其次是苯，峰值大小是6.160 4，依次可得出各個(gè)官能團(tuán)的吸附能力順序，為吡咯＞苯＞萘＞芘＞菲＞ ，峰值大小分別為9.239 9、6.160 4、4.029 2、2.837 0、2.581 8、2.220 6，觀察其結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其芳香縮聚程度是影響O2吸附的最大因素。

由于在分子結(jié)構(gòu)中具有類(lèi)似的芳香結(jié)構(gòu)，故對(duì)比同種芳香結(jié)構(gòu)但側(cè)鏈不同時(shí)，對(duì)O2吸附的影響，煤中芳香結(jié)構(gòu)徑向分布函數(shù)圖如圖8。

圖8 煤中芳香結(jié)構(gòu)徑向分布函數(shù)圖Fig.8 Radial distribution function diagram of aromatic structure in coal

由圖8 可知，在同種結(jié)構(gòu)中的峰值有不同，即3′＞3，峰值分別為3.069 3、2.581 8，同時(shí)2＞2′，峰值分別為2.650 0、2.315 5，對(duì)比結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)芳香官能團(tuán)對(duì)于吸附的影響強(qiáng)弱取決于其鏈長(zhǎng)。

2.4.2 孔隙中O2分子和脂肪官能團(tuán)的相互作用

根據(jù)數(shù)據(jù)分析對(duì)比并計(jì)算徑向分布函數(shù)得到煤中脂肪結(jié)構(gòu)徑向分布函數(shù)如圖9。由圖9 可知，羥基側(cè)鏈?zhǔn)菍?duì)O2吸附作用較強(qiáng)的官能團(tuán)，甲基稍弱于羥基側(cè)鏈，其羥基峰值大小為13.588 1，其次為10 號(hào)甲基峰值大小為7.626 0，7、9、11 號(hào)甲基峰值大小分別為6.245 6、7.325 0、6.930 4，可知在吸附過(guò)程中羥基比甲基的作用大，說(shuō)明在吸附時(shí)優(yōu)先吸附羥基側(cè)鏈，對(duì)比芳香結(jié)構(gòu)的徑向分布函數(shù)，發(fā)現(xiàn)芳香官能團(tuán)的峰值普遍小于脂肪結(jié)構(gòu)，可以分析出芳香官能團(tuán)主要提供O2的棲息空間，側(cè)鏈含量、空隙的開(kāi)放程度、芳香官能團(tuán)的大小等決定了其吸附能力，優(yōu)先吸附位點(diǎn)為羥基。這對(duì)于抑制煤物理吸附O2作用機(jī)理細(xì)化補(bǔ)充提供參考。

圖9 煤中脂肪結(jié)構(gòu)徑向分布函數(shù)Fig.9 Radial distribution function of fat structure in coal

2.4.3 氧氣的吸附位

利用蒙特卡洛方法與分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算得出的吸附密度場(chǎng)和吸附構(gòu)型圖分別如圖10、圖11?？梢缘贸觯? 種計(jì)算結(jié)果一致，在物理吸附O2過(guò)程中，O2分子大部分賦存在芳香官能團(tuán)所圍成的一系列微孔中。

圖10 蒙特卡洛方法的吸附密度場(chǎng)Fig.10 Adsorption density field of Monte Carlo method

圖11 分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算的吸附后的結(jié)構(gòu)圖Fig.11 Structure diagram after adsorption calculated by molecular dynamics

2.5 孔隙中O2 分子的擴(kuò)散

通過(guò)MD 來(lái)計(jì)算粒子的微分方程得到其運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)坐標(biāo)，分別統(tǒng)計(jì)模擬時(shí)間內(nèi)的均方位移平均值，發(fā)現(xiàn)粒子的均方位移和時(shí)間已達(dá)到線性關(guān)系，由Enistein 定律表面擴(kuò)散系數(shù)達(dá)到恒定，說(shuō)明本次模擬符合擴(kuò)散系數(shù)統(tǒng)計(jì)的可靠性要求。

式中：D 為擴(kuò)散系數(shù)；N 為粒子數(shù)量，個(gè)；t 為時(shí)間間隔，s；ri（t）為分子在t 時(shí)刻的質(zhì)心位置，nm；ri（0）為分子在0 時(shí)刻的質(zhì)心位置，nm。

由式（2）計(jì)算在298.15 K 下可得自由擴(kuò)散系數(shù)為3.550 22×10-11，與文獻(xiàn)[10]模擬的數(shù)值相接近，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相差稍大，原因可能在于在模擬過(guò)程中的考慮含氧官能團(tuán)的影響及與實(shí)際孔徑有差別。觀察其數(shù)量級(jí)發(fā)現(xiàn)其對(duì)于吸附的影響并不大，故在吸附過(guò)程中可忽略其分子的自由擴(kuò)散。

2.6 吸附等溫線及吸附量

O2在最接近井下溫度的298.15 K 和303.15 K下70～120 kPa 的吸附等溫線如圖12。

圖12 常溫常壓下吸附等溫線Fig.12 Adsorption isotherm at normal temperature and pressure

由圖12 大致可以得出在同等壓力下，吸附量因溫度變化而變化，大致趨勢(shì)是隨著溫度升高，O2的物理吸附量是降低的，在同等溫度下上升趨勢(shì)大致相同，說(shuō)明壓力對(duì)煤吸附量的影響大致呈梯度上升，且呈正相關(guān)，大致關(guān)系為一次函數(shù)關(guān)系，煤氧物理吸附量相對(duì)來(lái)說(shuō)較小，為簡(jiǎn)單預(yù)測(cè)常溫常壓下的煤氧物理吸附量，分別得出298.15、303.15 K 下70～120 kPa 下的壓強(qiáng)與煤氧物理吸附量的數(shù)學(xué)關(guān)系。

在298.15 K 情況下為：

在303.15 K 情況下為：

式中：x 為壓強(qiáng)，kPa；y 為吸附量，mmol/g。

在模擬過(guò)程中，為研究煤物理吸附O2的最大吸附量，使煤物理吸附O2達(dá)到飽和，在溫度298.15、303.15 K 下逐步提高壓強(qiáng)，吸附飽和時(shí)吸附等溫線如圖13。由圖13 可發(fā)現(xiàn)，煤物理吸附O2的最大吸附量是非常大的，在壓力從50 MPa 往后曲線的上升的緩慢，說(shuō)明煤的物理吸附O2逐漸趨近于飽和，在壓力達(dá)到近100 MPa 時(shí)煤物理吸附O2達(dá)到飽和，且在溫度一定時(shí)，隨著壓強(qiáng)的增加，煤物理吸附O2量逐漸上升，且不容易達(dá)到飽和，直至填滿孔隙后才達(dá)到飽和。

圖13 吸附飽和時(shí)吸附等溫線Fig.13 Adsorption isotherm at adsorption saturation

為了更加細(xì)致研究溫度變化對(duì)吸附量的影響，在等壓情況下進(jìn)行了溫度變化的模擬，等壓情況下10～90 ℃的吸附量如圖14?？芍涸谕葔毫ο码S著溫度升高，煤的物理吸附量總體呈下降的趨勢(shì)，在10～40 ℃之間的下降趨勢(shì)變化較快，在60～90 ℃之間下降稍緩慢，在40～60 ℃之間有些波動(dòng)，原因可能與煤升溫后煤的孔隙度變化有關(guān)。與實(shí)驗(yàn)的變化規(guī)律一致，在10～100 ℃的范圍內(nèi)會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，且與煤的孔隙度變化有關(guān)。為更加準(zhǔn)確的估算，以溫度為橫坐標(biāo)，吸附量為縱坐標(biāo)，得出在100 kPa 下溫度與煤物理吸附O2量的數(shù)學(xué)關(guān)系式為：y=-0.015 7x+0.253 8。故此式可用來(lái)估計(jì)在常溫常壓下的煤物理吸附的量，是對(duì)于煤氧吸附機(jī)理的補(bǔ)充細(xì)化。

圖14 等壓情況下10～90 ℃的吸附量Fig.14 Adsorption capacity at 10 - 90 ℃under constant pressure

3 結(jié) 論

1）溫度與O2物理吸附量呈負(fù)相關(guān)，在100 kPa時(shí)其線性回歸方程為y=-0.015 7x+0.253 8；壓力與吸附量呈正相關(guān)，且在常溫常壓下均可得出其回歸直線方程，用來(lái)預(yù)測(cè)O2的物理吸附量；溫度與等量吸附熱呈負(fù)相關(guān)，壓力對(duì)等量吸附熱的影響相對(duì)來(lái)說(shuō)較小，在實(shí)際計(jì)算中可以忽略不計(jì)；隨著溫度增加吸附能量的最大值在0 附近，且分布概率的最大值隨溫度增加而增加，意味著相互作用逐漸減弱，吸附量下降；以密度分布圖的形式驗(yàn)證上述的結(jié)論，結(jié)合能量分布、吸附量、等量吸附熱等因素得到更加系統(tǒng)的煤物理吸附O2的特性，為后續(xù)研究煤自燃機(jī)理奠定了理論基礎(chǔ)。

2）溫度為298.15 K 時(shí)的O2的自由擴(kuò)散系數(shù)為3.550 22×10-11m2/s。在吸附過(guò)程中可忽略其分子的自由擴(kuò)散。

3）O2與含氧官能團(tuán)的吸附作用影響分別為吡咯＞苯＞萘＞芘＞菲＞

先吸附位點(diǎn)為羥基，對(duì)于抑制煤物理吸附氧氣作用機(jī)理的細(xì)化補(bǔ)充提供參考。