先锋和白音华褐煤中有机氧和有机氮赋存形态研究

发布时间：2020-04-07 12:28

【摘要】：氧和氮是煤中两种主要的杂原子元素。高有机氧含量是导致褐煤热值低的主要因素,但也为从褐煤中获取精细化学品提供了机遇。燃煤过程中氮以氮氧化物释放出来,导致酸雨、光化学烟雾、温室效应和臭氧层破坏等一系列污染问题。因此,研究褐煤中有机氧和有机氮的赋存形态对有效分离和利用褐煤中含氧和含氮有机化合物,揭示褐煤大分子结构特征和控制燃煤污染具有重要意义。为从分子水平上研究褐煤中有机氧和有机氮的赋存形态,需采用可分离和非破坏或轻度破坏方法将褐煤中的有机质有效地溶出。本论文选择先锋(XF)和白音华(BYH)两种褐煤为研究煤样,首先考察了两种褐煤在二硫化碳(CDS)和丙酮(AC)单一溶剂的连续萃取和等体积的CDS/AC混合溶剂萃取,得到萃取物和萃余煤。XF和BYH煤CDS和AC的连续萃取率、AC和CDS的连续萃取率及等体积CDS/AC混合溶剂的萃取率分别为4.51,3.59,6.54%和3.02,2.79,6.10%,这说明CDS和AC在两种褐煤萃取过程中存在协同效应。然后以两种褐煤混合溶剂的萃余煤为研究对象,利用高压釜在300 oC考察其在甲苯和甲醇单一溶剂连续热溶和等体积的甲苯/甲醇混合溶剂热溶,得到热溶物和热溶残渣。XF和BYH萃余煤甲苯和甲醇连续热溶率、甲醇和甲苯连续热熔率和混合溶剂热溶率分别为14.80,32.18,43.94%和17.91,19.15,30.32%,这说明甲苯和甲醇在两种褐煤萃余煤热溶过程中也存在明显的协同效应。混合溶剂萃取和热溶能够从褐煤中得到更多的有机质,为全面研究褐煤中有机氧和有机氮化合物的组成和结构特征提供可能。利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热重(TG)、X射线光电子能谱(XPS)、和固体实时质谱(DART-MS)对原煤、萃余煤和热溶残渣进行分析。原煤的DART-MS质谱峰稠密,而萃余煤和热溶残渣的DART-MS质谱峰明显减少,此外,萃余煤和热溶残渣的FT-IR峰强度与原煤相比明显减弱;原煤和萃余煤的热重曲线峰值温度(Tp)和最大失重速率相似,而萃余煤的失重率略低于原煤,热溶残渣的失重率明显的低于原煤,且Tp向高温区移动。XPS分析结果表明两种褐煤有机氧主要以碳氧单键类(包括醚键和羟基)、羰基和羧基形式存在,而有机氮主要以吡啶氮(N-6)、吡咯氮(N-5)和季氮(N-Q)存在。与原煤相比,萃余煤和热溶残渣C=O、C-O和N-5含量较高,COO-和N-6含量较低,且有机氧和有机氮以C-O和N-5为主。利用FT-IR、气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)和大气压化学电离飞行时间质谱(APCI-TOF/MS)对萃取物和热溶物进行分析。结果表明,萃取物中的含氧化合物(OCOCs)主要为酮和酯,而热溶物中OCOCs主要为酚、酮和酯。酚类化合物主要为含异丙基和不同数目甲基的苯酚衍生物,其中甲基酚的含量最高;酮主要以烯酮和乙酮为主;酯以辛烷酸甲酯到二十八烷酸甲酯连续分布的烷酸甲酯为主。萃取物和热溶物中的含氮化合物(NCOCs)均主要为胺、吡啶和喹啉。
【图文】：

SEM图,褐煤,煤大分子,常温

硕士学位论文3 煤的超声辅助萃取3 Ultrasonic-assisted Extraction of Coal Samples大量的有机小分子化合物以游离态或镶嵌在煤的大分子网络结构中[114]。这些游离的小分子化合物与煤大分子网络结构作用力较弱，在常温下即可利用溶剂萃取出来。本章采用 CDS、AC 和等体积的 CDS/AC 混合液作为溶剂，对 BYH 和 XF 进行常温超声辅助萃取，尽可能地完全萃取出两种褐煤中游离的有机质，以全面了解两种褐煤中游离的有机氧和有机氮的赋存形态。3.1 煤样分析与表征（Coal samples Analysis and Characterization）3.1.1 SEM 分析图 3-1 为原煤的 SEM 分析。

萃取率,连续萃取,混合溶剂,协同效应

22图 3-9 BYH 和 XF 的超声辅助萃取率gure 3-9 Extract yields of BYH and XF during ultrasonic-assisted extra知，，BYH 和 XF 在 CDS 和 AC 连续萃取的总萃取率分别为连续萃取的总萃取率分别为 2.79 和 3.59%；而在混合溶剂%。混合溶剂的萃取率明显高于两种溶剂连续萃取率之和，取过程中存在协同效应，利用混合溶剂的这种协同效应可离的小分子化合物。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ533.1

【参考文献】