在未来可预见的时间内,煤炭仍将是我国能源的主体,但是,煤炭的大量使用所产生的污染与我国当前提倡的青山绿水发展理念相悖。由此如何绿色、高效、经济的使用好煤炭将是我国科技工作者长期的研究课题,对于我国的可持续发展具有十分重要的意义。煤炭的生物降解气化研究基于煤层气,主要是生物二次成气的原因,利用生物技术将煤炭进行气化,变为洁净能源,不但彻底解决了由于采矿所造成的地表塌陷、地下水污染等一系列地质灾害等问题,同样彻底解决了由于煤炭在燃烧和化工气化过程中所产生的大气污染、水环境污染等一系列环境污染问题。煤炭的生物降解气化是一种生物技术、矿物加工技术及煤化工技术相结合的跨学科、跨专业的生物工程创新研究,是多种学科技术的交叉和融合,是十三五以来对煤炭走“绿色”洁净转化技术之路的响应,意义十分重大。本论文进行了低阶煤微生物产气试验研究,进而选取煤炭模型化合物进行生物气化模拟研究,最后通过采用Materials Studio软件对煤炭中相关模型化合物和官能团进行量子化学计算,分析煤炭生物气化中管能团的分解和键的断裂规律,对煤炭生物气化在微观上作出有益的探索。在以煤炭和煤炭模型化合物为研究对象中,分别采用安徽省明光市来安县来安酒厂和淮南市安徽省淮南市天顺生态养殖有限公司沼液中的厌氧发酵菌群为外来菌源,通过菌群富集培养后对煤炭进行厌氧发酵产甲烷试验。通过单因素试验考察温度、pH、煤样粒径以及煤与菌液用量之比等因素对生物甲烷产生的影响,对试验结果的分析确定了最优单因素条件,煤炭的最优生物气化工艺条件是:温度为37℃,pH=7,煤样粒径为0.5mm,煤与菌液用量之比为1:5,在此条件下沼液中的厌氧菌群产气量达到最大值,为9.0mL,总量是 36.3mL。本文先对煤及模型化合物进行微生物降解气化的试验,试验过后发现降解后的产物中有机硫的含量降低的不是很明显,为了探讨煤炭生物气化的机理以及更好的理解煤中硫的脱除,通过采用Materials Studio中的Dmol3程序对硫醚和噻吩硫的模型化合物二苯二硫醚和二苯并噻吩的结构和相关性质(键角键长、Mulliken电荷、振动强度、热力学性质、分子得失电子能力和稳定性)进行了理论计算与研究。通过Dmol3中的geometry optimization计算出各原子的电荷、振动频率等性质。通过对模型化合物分子的计算结果来预测煤炭生物气化中管能团的分解和键的断裂,对研究煤炭生物气化的机理及煤中硫的脱除有着重要意义。本文通过微生物对煤的降解气化过程中硫元素含量的变化,选择具有代表性的硫醚和噻吩硫的含硫模型化合物,开展量子化学计算,通过模型化合物几何参数,化学键轨道将计算预测反应断键位置,模拟分析煤炭生物气化条件下硫醚和噻吩硫等断键机理。其中二苯二硫醚中两个S原子直接作用,它们之间的相互作用较强振动频率大,周围电子多,易断裂,使S原子带有孤电子增加其反应能力,导致硫醚键断裂,从而使两个S原子裸露出来,更容易与外界发生反应对硫醚进行脱除;二苯并噻吩分子中S原子与其它4个C原子共在一个噻吩环中,噻吩环周围电子云密度大,其中S原子的电负性又比C的大吸引电子的能力更强,更容易发生反应使噻吩环断裂,使噻吩硫从煤中脱除出去。