褐煤是储量丰富的低品质煤,含水量高是影响褐煤提质利用的一个重要因素,褐煤高含水的原因在于其含氧官能团的多样性和孔结构的复杂性。本论文以胜利褐煤为研究对象,首先构建和优化了褐煤的结构模型,并以褐煤结构模型为基础,选取模型化合物,模拟褐煤的持水性能,从实验研究与理论计算两方面得出含氧官能团和孔径对褐煤持水性能的影响规律。得出的主要结论如下:(1)褐煤结构中含有大量的芳香族化合物,推测氧桥键、-S-S-作为褐煤的交联结构存在,杂环化合物主要有呋喃、吲哚、喹啉和茚等,褐煤中的含氧官能团主要为羟基、羧基、羰基和醚类。构建的褐煤结构模型分子式C169H140O44N3S2,结构计算红外谱图与实验谱图吻合度较高。(2)选取44种不同的模型化合物探究取代基效应对含氧官能团持水性能的影响,选取氧化石墨烯结构模型模拟复杂体系下结构与持水性能的关系。结果表明,随着取代基的远离,取代基对结合能的影响越来越小。取代基对化合物与水的结合能影响大小顺序是-COOH>-OCH3>-OH>-CH3>-C6H6。化合物体系中的给电子基能降低化合物与水的结合能,吸电子基能够增加化合物与水的结合能,而取代基数量的增加并不是影响结合能的主要因素。氧化石墨烯模型中含氧官能团与水结合能的大小顺序是羧基>边缘酚羟基>层内酚羟基>环氧基。随着模型化合物上的水分子数的增加,单个水分子所受到模型化合物的相互作用能EC会明显降低。(3)研究了不同官能团含量的氧化石墨和氧化石墨烯的持水性能。结果显示,含氧官能团含量随着氧化剂添加量的增加而发生不同变化,羧基增加量较酚羟基明显。实验制备出了大量的氧化石墨烯固体,厚度在0.6 nm~1.6 nm之间。氧化石墨和氧化石墨烯的持水性能随着含氧官能团含量的增加而增强。平衡复吸水含量与羧基含量有明显正相关性,而羟基含量的变化对化合物持水性能的影响较小。(4)以碳纳米管作为模型化合物研究孔径对持水性能的影响。结果表明,实验成功的在管壁引入了不同含量的羧基、羟基等含氧官能团。氧化碳纳米管复吸性能大大增加,丰富的含氧官能团与孔径的协同作用,能显著提高化合物的持水性能。理论研究表明,随着管径的增加,碳纳米管与水的作用能所占比例(EC/EB)会逐渐减小,管径增加到1 nm以上时单纯的孔结构对水分子的受限作用较弱,更多的是碳纳米管中离域π键的作用,这与实验结果相吻合。