基于萃取技術(shù)的煤自燃抑制機(jī)理研究及展望

郭 軍，金 彥，鄭學(xué)召，蔡國斌，宋玉姍

（1.西安科技大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710054；2.西部礦井開采及災(zāi)害防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054）

0 引 言

2019 年，我國原煤產(chǎn)出當(dāng)量為27.23 萬t 標(biāo)準(zhǔn)煤（約占全年能源生產(chǎn)總量的69.8%）［1］。 當(dāng)前我國正處于能源發(fā)展雙重更替時(shí)期，新能源和可再生能源對于煤炭消耗增量替代效應(yīng)明顯，但是基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展刺激能源內(nèi)需擴(kuò)大，以煤炭消耗為主體的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)在未來很長一段時(shí)間內(nèi)仍不會(huì)改變［2］。

煤炭具有自然發(fā)火特性，其自燃過程會(huì)消耗大量的氧氣，產(chǎn)生高溫、有毒有害、顆粒物煙氣污染環(huán)境的同時(shí)嚴(yán)重威脅井下人員的人身安全，阻礙煤炭資源的綠色、安全開采［3-4］。 為此，眾多學(xué)者進(jìn)行了大量研究，煤自燃微觀機(jī)理取得了豐碩的成果，進(jìn)一步證實(shí)了煤自燃的本質(zhì)是煤分子中活性基團(tuán)的奪氧反應(yīng)、相互作用的過程［5-6］。 然而，受制于煤分子組成結(jié)構(gòu)的復(fù)雜多樣性，現(xiàn)有研究手段在微觀煤自燃機(jī)理研究方面出現(xiàn)瓶頸，難以更進(jìn)一步研究煤分子官能團(tuán)結(jié)構(gòu)和煤自燃進(jìn)程中活性官能團(tuán)結(jié)構(gòu)特征及可行反應(yīng)序列的推定，致使煤自燃抑制理論與技術(shù)發(fā)展放緩。 近年來，微觀測試與分析技術(shù)快速發(fā)展，在煤自燃反應(yīng)特性研究領(lǐng)域逐漸應(yīng)用。 例如：乙酸乙酯萃取黑麥草素、順式對羥基桂皮酸及β-谷甾醇進(jìn)行玉米須資源的開發(fā)利用［7］；利用鹽穗木正丁醇修飾菌體胞外蛋白和堿性磷酸酶以抑制金色葡萄球菌活性［8］；利用不同極性溶劑萃取山楂核抽提物研究自由基抗氧化性［9］等。 萃取技術(shù)在各行業(yè)中良好的應(yīng)用反響為煤火災(zāi)害防治領(lǐng)域提供了新的研究方向。 基于煤自燃機(jī)理的研究發(fā)展，應(yīng)用萃取技術(shù)能夠深入微觀角度進(jìn)行煤自燃阻化研究，煤分子微觀活性結(jié)構(gòu)種類、基團(tuán)連接方式及各類反應(yīng)進(jìn)程當(dāng)中的基團(tuán)變遷模式等研究成果都為煤自燃抑制研究提供了理論基礎(chǔ)。 一些先進(jìn)的科學(xué)手段如傅里葉紅外 光 譜（FTIR）［10-11］、 熱 分 析 技 術(shù)（DSC、 TG、C80）［12-13］、13C 核磁共振（13C-NMR）［14］、電子順磁共振（EPR）等測試分析技術(shù)及軟件開始在煤炭行業(yè)應(yīng)用，煤自燃過程中的溫度、產(chǎn)物、官能團(tuán)、自由基等宏觀、微觀自燃特性規(guī)律逐漸清晰［15-16］。 雖然萃取技術(shù)的應(yīng)用起步較晚，但是為煤自燃機(jī)理方面的研究貢獻(xiàn)了豐碩的成果。

筆者通過文獻(xiàn)研究，對萃取劑與萃取輔助技術(shù)手段及工作原理進(jìn)行總結(jié)和闡述，歸納萃取技術(shù)在微觀煤分子研究中的應(yīng)用進(jìn)展。 就煤分子表征構(gòu)成主體、煤自燃各階段主導(dǎo)基團(tuán)、煤自燃反應(yīng)序列等研究成果進(jìn)行了分析和探討，為基于萃取技術(shù)的煤自燃傾向惰化機(jī)理研究提供了一定的理論基礎(chǔ)。

1 煤分子官能團(tuán)萃取抑制自燃技術(shù)

萃取是一種有效的煤分子微觀結(jié)構(gòu)研究手段，技術(shù)主體包括萃取劑與萃取輔助技術(shù)兩方面。 通過萃取輔助技術(shù)修飾煤體，利于萃取劑滲透破壞煤分子基團(tuán)與主體間的連接結(jié)構(gòu)，達(dá)到分離煤分子微觀結(jié)構(gòu)的目的。 通過推定煤分子表征構(gòu)成或?qū)陀嗝后w進(jìn)行特性測試以分析不同微觀結(jié)構(gòu)在煤自燃進(jìn)程中的貢獻(xiàn)。

傳統(tǒng)萃取方式對于煤分子結(jié)構(gòu)的提取能力有限，大多數(shù)是根據(jù)萃取劑本身的化學(xué)特性，針對特定類別的基團(tuán)、結(jié)構(gòu)斷鍵；新型萃取技術(shù)不斷發(fā)展創(chuàng)新，離子液（ILs）、超臨界流體、超聲波輔助等技術(shù)應(yīng)用逐漸成熟。 新型萃取技術(shù)能夠通過溶脹煤體拉撐交聯(lián)鍵、空化效應(yīng)破碎煤體釋放內(nèi)嵌小分子和協(xié)助萃取劑擴(kuò)散滲透、針對特定基團(tuán)調(diào)配萃取離子結(jié)構(gòu)強(qiáng)化斷鍵反應(yīng)等多方面強(qiáng)化萃取反應(yīng)過程，增強(qiáng)基團(tuán)識(shí)別性，提高煤分子基團(tuán)的萃取效率。 常見的煤分子官能團(tuán)萃取劑及其原理見表1［17-23］。

煤自燃的本質(zhì)即活性單元群的奪氧反應(yīng)及相互作用［5］。 因此，煤分子官能團(tuán)萃取抑制煤自燃的研究，主要是針對煤粉萃余物進(jìn)行XRD 衍射、熱重分析、傅里葉紅外光譜等測試。 系統(tǒng)性分析萃取過程中的煤分子微觀結(jié)構(gòu)、萃余煤體特性參數(shù)的變化情況，近似推斷煤分子的表征結(jié)構(gòu)組成與自燃特性［6，17］。 深入研究煤分子構(gòu)成的同時(shí)，推定煤自燃進(jìn)程中可行的活性基團(tuán)反應(yīng)序列，完善煤自燃機(jī)理。將復(fù)雜的煤自燃過程拆解為基本的活性結(jié)構(gòu)單元反應(yīng)，為煤自燃抑制技術(shù)的研發(fā)提供理論支撐。

表1 煤分子官能團(tuán)萃取劑及其原理Table 1 Reagents for extract functional groups of coal molecular and reaction mechanism

煤分子官能團(tuán)萃取抑制煤自燃研究的發(fā)展，有望實(shí)現(xiàn)煤自燃進(jìn)程的控制，從根本上抑制煤自燃災(zāi)害的發(fā)生，保障煤炭資源的開采利用，實(shí)現(xiàn)煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。 為此，筆者通過大量文獻(xiàn)研究，梳理了基于煤分子官能團(tuán)萃取技術(shù)的煤自燃抑制研究技術(shù)路線，如圖1 所示。

圖1 基于萃取技術(shù)的煤自燃惰化研究技術(shù)路線示意Fig.1 Schematic diagram of technical research on inert spontaneous combustion of coal based on extraction technology

2 煤分子官能團(tuán)萃取研究進(jìn)展

2.1 傳統(tǒng)萃取劑萃取應(yīng)用研究

基于索式多級萃取技術(shù)的傳統(tǒng)萃取劑萃取研究得到了廣泛學(xué)者的認(rèn)可。 在煤氧復(fù)合作用假說的基礎(chǔ)上，應(yīng)用萃取劑進(jìn)行煤分子基團(tuán)萃取試驗(yàn)，探究參與煤自燃進(jìn)程反應(yīng)的活性基團(tuán)［24］。 通過調(diào)配萃取劑，可以提取煤分子網(wǎng)絡(luò)中的不同微觀結(jié)構(gòu)，在確定煤體有序結(jié)構(gòu)的同時(shí)，針對萃余煤樣進(jìn)行熱重等自燃特性測試［25］，分析不同族分剝離對煤自燃的影響。

煤化程度高的煤體內(nèi)部存在各種間隙，低分子化合物會(huì)堵塞煤體孔隙，阻礙萃取劑在煤體內(nèi)部的滲透擴(kuò)散，導(dǎo)致傳統(tǒng)萃取劑有效反應(yīng)面積小，萃取作業(yè)耗時(shí)長［26］。 此外，微觀煤分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，傳統(tǒng)萃取劑本身的化學(xué)特性對于各種締合作用力的影響、連接結(jié)構(gòu)的破壞效果有限［27］，致使萃取效率不高、基團(tuán)識(shí)別能力較弱。 萃取組分中混有的次要結(jié)構(gòu)如雜原子N、O 化合物等，會(huì)對測試分析結(jié)果產(chǎn)生影響［28］。 因此，絕對準(zhǔn)確的推斷是不可能存在的，但是對與煤體有機(jī)質(zhì)具有相似結(jié)構(gòu)的萃取物、萃余物采取氣相色譜、質(zhì)譜等測試，可以近似推導(dǎo)煤分子表征構(gòu)成、煤炭本身的熱解特性與可行的微觀煤自燃反應(yīng)序列［29-30］。

2.2 新型萃取劑應(yīng)用研究

1）離子液萃取。 離子液能夠針對煤分子中的特定基團(tuán)進(jìn)行高效萃取，即使在復(fù)雜的有機(jī)結(jié)構(gòu)中，離子液識(shí)別官能團(tuán)依舊十分精準(zhǔn)［31］。 而對于不同變質(zhì)程度的煤體結(jié)構(gòu)，ILs 對煤分子基團(tuán)的萃取產(chǎn)率以氮類、醇類、酮類、烴類的次序遞減［32］。 此外，極化率越高，ILs 的萃取效果越好。 離子液極化率和偶極矩之間的關(guān)系、離子液黏度、波長依賴性等因素在煤分子萃取中的影響有待進(jìn)一步試驗(yàn)確定。

文獻(xiàn)［33］對比不同量ILs 與NMP 的混合萃取效果時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著［BMIM］Cl 的混合量不斷增加，整體的萃取效果進(jìn)一步提升，說明新型ILs 萃取劑較傳統(tǒng)萃取劑萃取效果更為優(yōu)異。 理論上ILs 的陰陽離子可以任意搭配，操作彈性遠(yuǎn)超普通萃取溶劑，但在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中以咪唑類離子液應(yīng)用最為廣泛。BARUAH 等［34］制備了磁性離子液，通過研究確定該材料在附加物理場協(xié)作的反應(yīng)環(huán)境條件下能夠提高官能團(tuán)靶向萃取率。

經(jīng)過兩代離子液的開發(fā)使用，第3 代離子液開始向著功能性方向發(fā)展。 尤其是近代以來通過對陰陽離子上的結(jié)構(gòu)調(diào)整修飾，合成了“手性”離子液、羥基或羧基功能化離子液體等定向萃取離子液體［35］。 ILs 基團(tuán)識(shí)別能力的增強(qiáng)能夠進(jìn)一步提升煤自燃反應(yīng)活性基團(tuán)的萃取率。

2）超臨界流體萃取。 超臨界流體萃取的材料主體以CO2的應(yīng)用最為廣泛。 CO2在特定壓力、溫度條件下，能夠形成液態(tài)流體，在擁有液體溶解能力的同時(shí)，兼具氣體的傳質(zhì)性能［36］。 姜仁霞等［37］建立了一套Sc-CO2萃取裝置，發(fā)現(xiàn)超臨界CO2可以在不破壞煤體有機(jī)結(jié)構(gòu)的條件下進(jìn)行煤中標(biāo)志物的萃取，并且詳細(xì)分析了超臨界CO2萃取的影響因素。

超臨界流體的材料選擇廣泛，以水為主體同樣可以進(jìn)行萃取作業(yè)［38］，且流體回收過程中不會(huì)發(fā)生物相變化，循環(huán)利用的同時(shí)可以避免不必要的能量消耗。 但受限于不同流體材質(zhì)及目標(biāo)萃取產(chǎn)物的理化特性，超臨界流體萃取對基質(zhì)和萃取目標(biāo)物樣的依賴性很強(qiáng)，進(jìn)行特定基團(tuán)提取時(shí)，需要詳細(xì)配置萃取環(huán)境條件參數(shù)或進(jìn)行催化劑、萃取劑夾帶。

3）反膠束萃取。 反膠束萃取在大豆蛋白結(jié)構(gòu)的萃取分離等食品、化工、制藥領(lǐng)域表現(xiàn)優(yōu)異，例如反膠束萃取（AOT）對于酰胺基當(dāng)中的氫鍵有著增溶的效果，能夠在廣泛極性范圍內(nèi)提取分析物或提高萃取率［39］。 此外，AOT 應(yīng)用在煤分子表面極性碳基物質(zhì)的萃取相當(dāng)可觀。 能夠進(jìn)一步分析極性結(jié)構(gòu)在煤自燃進(jìn)程當(dāng)中的影響程度。 AOT 萃取機(jī)理如圖2 所示，通過納米聚集體的內(nèi)部水核結(jié)構(gòu)選擇增溶極性化合物“包裹”，將萃取結(jié)構(gòu)由反膠束中轉(zhuǎn)入水相。 通過納米聚集層阻斷兩相界面物質(zhì)交換，以達(dá)到單獨(dú)分離的效果［40］。

圖2 反膠束萃取Fig.2 AOT extraction

2.3 輔助技術(shù)應(yīng)用研究

萃取輔助技術(shù)旨在為萃取劑提供適宜的反應(yīng)環(huán)境，通過增大萃取劑有效反應(yīng)接觸面，提高實(shí)際萃取效率。 傳統(tǒng)的輔助手段主要是利用酸、堿溶劑的化學(xué)特性進(jìn)行煤體預(yù)處理。 如通過堿性氫氧化鈉溶液處理，煤樣孔隙、比表面積增大，萃取劑擴(kuò)散滲透更為迅速、內(nèi)嵌小分子得到釋放［41］。 而新式萃取輔助技術(shù)能夠從3 個(gè)方面強(qiáng)化萃取反應(yīng)。

1）微波輔助。 微波技術(shù)能夠同時(shí)加熱固液兩相，產(chǎn)生熱溶脹效應(yīng)，拉撐分子間交聯(lián)鍵，擴(kuò)大芳香層間距，改善煤體微孔結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化萃取劑的滲透、溶解驅(qū)動(dòng)力［42］。 但是微波技術(shù)危險(xiǎn)性高，工作時(shí)需保證儀器全密閉。

2）超聲波輔助。 超聲波輔助技術(shù)能夠產(chǎn)生空化效應(yīng)射流沖擊，快速破壞煤體結(jié)構(gòu)，釋放內(nèi)嵌小分子化合物，使萃取劑與活性基團(tuán)充分接觸反應(yīng)，提升萃取效率，但是超聲輔助最優(yōu)工作區(qū)間參數(shù)及其工作方式有待進(jìn)一步研究確定［43］。 BARMA［44］在進(jìn)行選煤過程優(yōu)化時(shí)，專門針對超聲波輔助技術(shù)進(jìn)行了煤體修飾的機(jī)理分析，超聲波輔助萃取煤分子基團(tuán)的萃取效率影響因素可相應(yīng)參考；相對于單一波頻，雙頻超聲波聯(lián)用輔助下聲場能夠更均勻地分布，駐波影響減小的同時(shí)增強(qiáng)了液體空化效應(yīng)［45］。 超聲波輔助萃取，短時(shí)間內(nèi)的周期性聲壓幅值波動(dòng)，造成局部壓力驟降，破壞液相分子間吸引力，產(chǎn)生空化效應(yīng)。 空化氣泡逐漸增長，最終在壓縮循環(huán)中崩潰，產(chǎn)生沖擊波或者微射流沖擊破碎煤體結(jié)構(gòu)。

3）磁性負(fù)載化學(xué)催化劑。 磁性負(fù)載化學(xué)催化劑進(jìn)行煤體預(yù)處理，能夠增大煤分子部分微觀基團(tuán)、結(jié)構(gòu)在萃取劑中的溶解度，并且在附加磁場的作用下，進(jìn)一步增強(qiáng)萃取產(chǎn)物的定向分離效果［46］。

3 萃余煤體自燃傾向性抑制研究

煤自燃微觀研究需要確定煤分子結(jié)構(gòu)中的活性結(jié)構(gòu)種類、交聯(lián)方式及變化規(guī)律。 針對不同微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行萃取試驗(yàn)，比對不同基團(tuán)萃取對于煤樣熱重、耗氧速率等自燃特性的影響，可進(jìn)一步推斷煤分子內(nèi)部參與煤自燃反應(yīng)的主導(dǎo)基團(tuán)及相關(guān)自燃進(jìn)程反應(yīng)序列［5］。 分析特定基團(tuán)、化學(xué)鍵的賦存狀態(tài)與分布規(guī)律對于煤炭熱解、燃燒等特性反應(yīng)的影響，為煤自燃抑制技術(shù)研發(fā)奠定理論基礎(chǔ)。

在煤分子表征構(gòu)成的研究當(dāng)中，受到煤體變質(zhì)程度的影響，不同煤種在氧化進(jìn)程或是高溫階段的表現(xiàn)有著明顯的區(qū)別。 因此考察各微觀活性基團(tuán)對于煤自燃進(jìn)程的影響時(shí)，應(yīng)當(dāng)有針對性地進(jìn)行研究測試［47-48］。 其中，煤分子主鏈外圍的烷基側(cè)鏈及含氧官能團(tuán)是煤體在低溫氧化自燃過程當(dāng)中的基礎(chǔ)，王艷美等［49］采用GC／MS 分析不同溶劑萃取產(chǎn)物中的組分相對含量。 將萃取物進(jìn)行類別劃分，發(fā)現(xiàn)煤分子表面基團(tuán)主要包括脂肪烴、芳烴、醇醚類、脂類、酮類、酚類、含氧類及其他化合物。 萃余煤體進(jìn)行DSC 等特性測試有助于確定不同類別的微觀活性結(jié)構(gòu)在煤自燃進(jìn)程中的貢獻(xiàn)程度。

活性基團(tuán)奪氧反應(yīng)對于整個(gè)煤自燃過程中煤體的熱量釋放、質(zhì)量變化都有顯著影響。 煤分子結(jié)構(gòu)中的煤自燃反應(yīng)基團(tuán)主要分為5 類：脂肪烴、含氧官能團(tuán)、含氮官能團(tuán)、含硫類官能團(tuán)及部分自由基結(jié)構(gòu)。 煤分子復(fù)雜的結(jié)構(gòu)組合，導(dǎo)致不同煤體自燃反應(yīng)活性差別較大，大幅增加了煤自燃機(jī)理的研究難度。 RAHMAN 等［17］針對低階煤采用極性-非極性混合溶劑進(jìn)行重芳烴水化處理后，發(fā)現(xiàn)煤體萃取效率很大程度上與鏡質(zhì)組含量和MMVR 值相關(guān)聯(lián)。

煤中各官能團(tuán)的組成含量及分布特點(diǎn)對于煤氧化特性的深入探究推導(dǎo)有著重要的意義。 例如利用超聲萃取進(jìn)行微觀煤氧化進(jìn)程研究，在化學(xué)位移、峰面積和耦合常數(shù)等測試分析信息的基礎(chǔ)上，采取前線軌道分析煤中基團(tuán)和氧分子的反應(yīng)，確定—OH在整個(gè)煤自燃過程中處于主導(dǎo)地位；依照量子化學(xué)理論進(jìn)行各活性單元結(jié)構(gòu)的電子轉(zhuǎn)移過程推定，深入研究煤自燃基元反應(yīng)，得到了煤自燃過程中的各類活性結(jié)構(gòu)可行反應(yīng)序列［50］。

推定煤自燃進(jìn)程活性基團(tuán)反應(yīng)序列，有助于闡明煤自燃機(jī)理的實(shí)質(zhì)，將復(fù)雜的煤自燃過程按照主導(dǎo)活性結(jié)構(gòu)反應(yīng)序列拆分，進(jìn)一步指導(dǎo)煤自燃抑制技術(shù)發(fā)展。 超聲波輔助離子液產(chǎn)生的空化效應(yīng)能夠有效促進(jìn)萃取劑與煤體的接觸反應(yīng)效率，萃取效益提升明顯［51］。 張玉濤等［18］應(yīng)用超聲輔助萃取比較7 種不同萃取劑的萃余煤樣FTIR、TG、DSC 測試結(jié)果，重點(diǎn)圍繞芳香環(huán)主鏈C ＝C；支鏈脂肪烴—CH3、—CH2—；含 氧 官 能 團(tuán)—C—O—C—、C ＝O、—OH 等主要活性結(jié)構(gòu)開展煤自燃抑制研究。 結(jié)果表明，剝離參與煤自燃反應(yīng)的活性基團(tuán)能夠有效削弱煤體活性，減緩煤體自燃發(fā)展進(jìn)程。

在官能團(tuán)萃取抑制煤自燃的研究中，超臨界水萃取對于煤炭定向轉(zhuǎn)化亦或是煤轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物組成都有一定的影響。 ANATOLY 等［51］研究確定通過合理配比超臨界水和氧，能夠有效增加抽采層煤體的熱耗，控制煤體熱量積聚或?qū)崿F(xiàn)定向轉(zhuǎn)化。 而離子液在松散煤體的同時(shí)，會(huì)對煤體內(nèi)嵌分子進(jìn)行溶解，修飾離子液醚鍵長度，有效強(qiáng)化離子液對于煤體的萃取效果。 鄧軍等［52］采用咪唑類離子液針對煤自燃反應(yīng)序列活性基團(tuán)進(jìn)行提取、破壞。 溶解活性基團(tuán)能夠削弱煤分子的奪氧能力，生成穩(wěn)定的碳基替代起活躍作用的羰基；同時(shí)破壞氫鍵能夠明顯削弱煤體的氧化活性。 不同離子液的萃取效果不同，根據(jù)熱重試驗(yàn)結(jié)果分析確定效果最好的陰陽離子結(jié)構(gòu)為［BMIM］［BF4］，試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了活性基團(tuán)萃取抑制煤自燃技術(shù)的可行性。

目前我國廣泛使用的煤自燃抑制手段分物理阻化與化學(xué)阻化2 種。 物理阻化劑在使用過程中不僅效率低下，而且極其不穩(wěn)定。 而化學(xué)阻化劑，伴隨著萃取技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，其活性周期短，持續(xù)抑制能力差的缺點(diǎn)有望得到改善。 依照萃取技術(shù)針對對象的不同，在實(shí)際工程中可能的應(yīng)用形式也各有不同。例如針對煤體在氧化初期的高含量基團(tuán)，選取合適的萃取劑進(jìn)行活性基團(tuán)剝離，可以大幅削弱氧化反應(yīng)的進(jìn)行，抑制煤分子中的脂肪類基團(tuán)向羰基、羧基等中間產(chǎn)物集團(tuán)轉(zhuǎn)變，達(dá)到煤自燃抑制的作用；在確定可能的煤體高溫點(diǎn)后，判定煤體自燃進(jìn)程區(qū)間。選擇離子液、臨界流體等萃取劑伴隨漿體通過管路，進(jìn)行定點(diǎn)注漿噴灑，冷卻的同時(shí)進(jìn)行煤自燃進(jìn)程的削弱阻斷；以離子液為基礎(chǔ)構(gòu)制智能凝膠，在包裹煤體進(jìn)行萃取抑制煤自燃進(jìn)程的同時(shí)隔絕氧氣，進(jìn)一步控制煤火災(zāi)害發(fā)生的可能性。

4 不足及展望

1）煤分子官能團(tuán)萃取的高效性和靶向性有待進(jìn)一步提高。 離子液、超臨界流體等萃取劑在萃取過程中未得到充分利用，實(shí)際萃取劑主體材料選擇有限，活性基團(tuán)提取反應(yīng)不夠全面。 未來萃取劑的發(fā)展過程中，可進(jìn)一步強(qiáng)化萃取劑對特定基團(tuán)的識(shí)別能力或者針對特定基團(tuán)提取研發(fā)功能型萃取劑，從而進(jìn)行靶向提取，精確剝離特定微觀結(jié)構(gòu)的同時(shí)，強(qiáng)化萃取劑對基團(tuán)締合結(jié)構(gòu)的破壞能力，進(jìn)一步強(qiáng)化萃取效率，為深入研究煤自燃機(jī)理提供技術(shù)支持。

2）輔助技術(shù)高效萃取機(jī)制及多技術(shù)協(xié)同萃取技術(shù)有待進(jìn)一步研究。 現(xiàn)有的超聲、微波等輔助手段效益明顯，但其宏觀作業(yè)周期時(shí)間極短，導(dǎo)致微觀效應(yīng)控制缺乏研究。 可針對各類輔助技術(shù)開展研究，確定最優(yōu)工作參數(shù)以營造更適宜的萃取環(huán)境，使微觀結(jié)構(gòu)單元更完全接觸萃取劑，最大程度上利用萃取劑進(jìn)行萃取。 目前多技術(shù)聯(lián)用萃取已在生物、制藥等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，煤分子微觀結(jié)構(gòu)及煤自燃抑制研究中可相應(yīng)參考。 例如超聲微波聯(lián)用、超臨界流體與生物質(zhì)耦合進(jìn)行煤分子基團(tuán)定向提取、轉(zhuǎn)化等，探索多種輔助萃取效應(yīng)疊加對煤體結(jié)構(gòu)的影響。

3）基于萃取技術(shù)的微觀煤自燃進(jìn)程及其根本性煤自燃抑制技術(shù)有待突破。 煤分子主體活性基團(tuán)的反應(yīng)對于煤自燃進(jìn)程的影響推定仍有局限，主導(dǎo)性基團(tuán)與雜原子化合物等次要基團(tuán)的反應(yīng)同樣不可忽略。 今后可在深入研究煤微觀結(jié)構(gòu)的同時(shí)，擴(kuò)展煤自燃并行反應(yīng)序列，精確量化各基團(tuán)結(jié)構(gòu)對煤自燃進(jìn)程發(fā)展的貢獻(xiàn)。 探究N、S 雜原子化合物等次要基團(tuán)結(jié)構(gòu)在煤自燃進(jìn)程中的影響，確定其在煤自燃主導(dǎo)反應(yīng)序列中的作用機(jī)理，以期通過針對單一活性基團(tuán)群強(qiáng)效提取，達(dá)到截?cái)嗾麄€(gè)煤自燃進(jìn)程的目的，從根本上防止煤的自燃。

4）萃取技術(shù)目前在煤炭自燃抑制領(lǐng)域尚難以進(jìn)行全面工程應(yīng)用。 萃取技術(shù)在實(shí)際工程當(dāng)中的應(yīng)用研究實(shí)例匱乏。 未來基于萃取技術(shù)的煤自燃抑制技術(shù)應(yīng)當(dāng)考究其實(shí)際應(yīng)用問題，通過開展現(xiàn)場試驗(yàn)為煤自燃主動(dòng)防控工作的分階段開展提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

5 結(jié) 語

官能團(tuán)萃取作為煤分子微觀結(jié)構(gòu)的一種新型研究手段，以其高效的基團(tuán)萃取率與選擇性優(yōu)勢，逐漸從煤化工提取或煤炭潔凈轉(zhuǎn)向應(yīng)用于煤自燃抑制研究，煤分子官能團(tuán)萃取抑制煤自燃技術(shù)的可行性已經(jīng)得到驗(yàn)證。 針對煤分子活性基團(tuán)進(jìn)行萃取作業(yè)，完善煤自燃機(jī)理，研發(fā)新型煤自燃抑制技術(shù)，以期從根本上抑制煤自燃的發(fā)生，保障煤炭綠色安全高效開采，推動(dòng)煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展。