煤中微量元素的研究一直是从事煤科学研究的重要课题,微量元素在煤中赋存形态复杂多样,当前对于煤中微量元素赋存状态的研究较多,内容广泛,但均缺乏从微观上研究煤中微量元素赋存机制,特别是煤中微量元素为何在低煤级煤中异常富集成矿,如何从微观角度来解析这些现象,这些金属离子跟煤分子结构之间的关系如何等,本文主要通过煤分子结构模型的建立和与金属离子结合的模拟研究,试图从微观上探索煤中微量元素赋存机制,为煤中微量元素的研究寻找一种新的研究方法和思路。本文对镜质组反射率为0.268%的伊敏15#煤进行了腐殖酸提取,构建了伊敏原煤(M)和腐殖酸(HA)的分子结构模型,采用巨正则蒙特卡洛(GCMC)的方法模拟了其在25℃-200℃条件下对碱金属离子K+和碱土金属离子Mg2+进行了吸附理论研究,取得如下认识：1.通过对M和HA结构的十二个结构参数的表征,利用ACD/ChemSketech及ACD/CNMR predictor软件构建了M和HA结构模型；采用分子动力学(MD)和分子力学(MC)方法对M和HA结构模型进行了能量最小化模拟,优化后,分子模型由初始的平面构型向三维空间构型发生转变,芳香环与芳香环之间的桥键和含氧官能团等也发生了较大的弯曲,形成了具有一定角度的芳香层片,范德华力在这过程中起主导作用；通过对M和HA密度的模拟,得到了M的密度为1.15g/cm3, HA的密度为1.13g/cm3,同时获得了该密度条件下理想的晶胞构型,为M和HA结构模型对金属离子的吸附模拟提供了前提条件；通过对M和HA结构模型键长的分布分析发现,其键长分布特征主要有键长最长的是脂环及甲基侧链,其次是芳环中各键长,碳氧单键和碳氧双键,最短的是碳氮键的键长。2.采用巨正则蒙特卡洛(GCMC)的方法模拟HA和M结构模型对碱金属元素K+和碱土金属离子Mg2+的吸附模拟,得到了不同温度条件下的吸附体系能量变化、饱和吸附量及此时体系密度,获得结论如下：(1)吸附行为表现的能量形式可分为三个阶段,第一个阶段呈现出体系能量直线降低,第二个阶段体系中出现能量的起伏变化,第三个阶段体系能量出现上扬。(2)通过HA和M结构对K+的吸附行为分析,表现出K+和氧原子的电荷量均降低,C原子电荷存在着增加和降低,说明了在体系内存在着K+与含氧官能团以及碳原子之间存在一定的电荷转移,C原子的电荷量的变化值相对比O原子电荷量的变化值要稍低,说明了在煤结构中对K+的吸附主要与含氧官能团有关。(3)由于结构体系差异或金属离子赋存机制不同,在HA和M对K+和Mg2+吸附时,温度所表现的作用具有一定的差异。在对K+吸附时,当温度较低时,对于体系中的能量没有明显的变化,当K+达到一定浓度时,改变温度影响着体系的能量变化,即温度影响着K+的吸附量；而在对Mg2+吸附时,表现出当Mg2+数量较少时,体系中对Mg2+吸附时产生的平均能随温度的增加而降低,当吸附Mg2+的数量逐步增大后,增加体系中的温度,则体系中的平均能和吸附能出现明显起伏,没有一定的规律。(4)在模拟过程中发现,当吸附的离子个数相同时,随着温度的增加,在体系中离子由体系边界偏向于体系内部移动,在相同温度条件下,随着吸附离子数量的增多,离子从体系边界向体系内部移动,其空间分布主要有三种形态：①悬在体系内部空间内；②围绕苯环或脂肪官能团来回震荡；③围绕含氧官能团来回震荡。3.采用分子动力学方法,计算了HA和M结构模型对K+和Mg2+的吸附模拟过程中的动力学参数,结果发现,HA和M结构模型对K+和Mg2+的吸附主要是由于静电力的作用。通过蒙特卡洛和分子动力学方法的结合分析,可知HA和M对Mg2+吸附后体系的总体能量比对K+吸附后体系的能量较低,使得体系能量更为稳定,表明了在体系中K+的结合金属离子性能相对Mg2+较弱,说明了如果从催化性能上讲,K+可能比Mg2+具有较高的催化性能,使得体系势能处于高位,具有较高活性,其催化机理将有待进一步探讨。而通过氧原子与吸附离子的径向分布函数分析表明,随着吸附离子个数的增加,氧原子与吸附离子的第一配位数先减少,当吸附到一定量后,由于吸附离子之间的排斥作用,第一配位数也随之增大。