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煤炭在储存和运输过程中容易发生自燃,引发安全问题并且造成资源的浪费。煤与O2的复合作用以及煤中的水分是造成煤自燃的原因,而孔径以及表面活性官能团能够影响O2、H2O的扩散和吸附作用。通过研究孔径结构和官能团对O2和H2O的扩散及吸附作用进而探究煤自燃的难易情况,对防止煤自燃具有一定的指导意义。首先,对原煤的孔径和官能团进行探究,发现原煤中存在直筒型孔隙,且存在微孔、中孔及大孔,但均小于100 nm。煤中含有-OH、-COOH和-CO-等官能团,包含-OH的碳氧单键约为14.17%,以-COOH形式存在的碳含量约为2.69%。根据原煤的孔径以及官能团数据,选择与原煤结构最为接近的碳纳米管（CNTs）进行后续研究。其次,对O2扩散和吸附作用进行研究,结果表明,随着孔径的增大,O2扩散系数增大,大孔径的样品表面作用势较小,O2分子的运动能力较强,扩散系数较大。O2在不同孔径的CNTs中吸附量情况:大孔>中孔>微孔,这是由于大孔为O2提供较多的活性吸附位点,O2更容易吸附在煤中,O2吸附量最大。O2在羧基化碳纳米管（CNTs-COOH）中的吸附量比在羟基化碳纳米管（CNTs-OH）中的大,-COOH的存在促进了O2的吸附。然后,对宏观动力学参数进行分析,结果表明,煤的孔径孔隙较小时,煤中热量难以通过孔隙释放出去,加剧了煤炭的自燃,着火温度较低。而-COOH与O2之间有较强的吸附作用,促进了煤炭的自燃,样品的着火点较低。在水分蒸发和气体脱附阶段,活化能和指前因子均随样品孔径的增大而减小;而在吸氧增重阶段,随着孔径的增大,活化能增大,指前因子减小,并且CNTs-COOH的活化能和指前因子较小。这说明孔径较小的样品为O2的吸附提供的吸附位点较少,限制了煤与O2的吸附作用,导致了需要的能量较高,活化能偏高,而-COOH与O2的吸附作用更强,促进了煤氧的复合反应,活化能偏低。最后,对H2O的吸附作用进行研究,结果表明,由于-COOH与水分子之间有更强的相互作用,CNTs-COOH对H2O的吸附能力较大。综合六种模型的拟合效果,最终选择Hendenson模型作为原煤等温吸附模型,GAB模型为CNTs-OH以及CNTs-COOH的吸附模型,并得到各样品的吸附模型方程。CNTs-OH等量吸附热在2.4322.46 KJ/mol之间,CNTs-COOH的等量吸附热在3.4346.80KJ/mol之间,等温吸附热随吸附量的增大而减小。吸附量较小时,水分子主要以单层吸附的形式吸附在样品上,水分子与煤样之间形成较强的相互作用,吸附热随之增大;而吸附量较大时,主要以多分子层吸附为主,部分活跃位点被占据,水分子吸附在一些较为不活跃的位点上,水分子结合能随之减小,吸附热较小。在H2O-O2混合体系中,由于氢键作用,H2O的吸附占据了较多位点,影响了煤与O2的结合,抑制了煤自燃反应。