昭通褐煤的超声辐射萃取和分级变温热溶

发布时间：2020-04-15 14:29

【摘要】：褐煤属于低阶煤,在很大程度上保留了成煤植物的复杂大分子结构,将其中的有机质定向转化为高附加值的化学品,是褐煤资源高效利用的理想途径和重大难题。因此,从分子水平上揭示褐煤可溶有机质的组成和结构特征对其有效转化和利用具有重要意义。本课题以昭通褐煤(ZL)为研究煤样,使用环己烷、二硫化碳、甲醇、丙酮和等体积二硫化碳/丙酮混合溶剂对ZL进行常温超声辐射萃取,萃取残渣(ER)于环己烷和甲醇溶剂中在100-300 oC间进行分级变温热溶,萃取物和热溶物(SPs)的总收率分别为3.00%和47.40%。使用傅立叶变换红外(FTIR)光谱仪、气相色谱/质谱联用仪(GC/MS)和傅立叶变换离子回旋共振质谱仪(FTICR MS)分析萃取物和SPs。结果表明萃取能够将游离的小分子化合物剥离出来,且主要是烷烃、芳烃和杂原子化合物,其分子量分布集中在300-600 u,不饱和度分布主要集中在2-6;芳烃主要以1环和2环芳烃为主,如苯和萘及其同系物;含杂原子的化合物主要以吡啶、咪唑、哌嗪、噻吩和硫醚的形式存在。低温条件下热溶主要是将ER中未萃取出来的小分子溶出,且以烷烃为主;高温热溶时桥键发生断裂以致更多小分子化合物溶出,且以酚类化合物为主,并集中在200 oC以上的甲醇热溶物(SPM)中。根据FTICR MS分析,碱性N1和N1Oy(y=1-3)类化合物主要集中在SPM-250中,可能是因为吡啶氮类物质在250 oC之前不易被溶出。ZL、ER和热溶残渣(TDR)三种固体样品使用FTIR光谱仪、固体13C核磁共振(NMR)、X射线光电子能谱仪、热重分析仪和居里点热裂解仪-GC/MS(CPP-GC/MS)进行直接表征。由13C NMR表征可知,ZL和ER中的碳元素以脂肪碳为主,平均亚甲基链偏长,且有机质中每个芳香簇平均拥有2-3个芳环;而TDR中的碳以芳香碳为主,且有机质中每个芳香簇平均拥有4-5个芳环。ZL、ER和TDR中氧元素主要以C-O、羰基和呋喃环的形式存在;氮元素存在形式主要为吡咯、吡啶、氨和季氮;硫元素的主要赋存形态包括硫醇、砜、亚砜、噻吩和无机硫。CPP-GC/MS的分析结果显示ZL和ER的热解产物基本一致,且与TDR相比差异较大。综合以上结果,超声辐射萃取只是将ZL中部分游离的小分子化合物萃取出来,并没有破坏ZL的大分子骨架结构,但是热溶能够破坏ER中的Cal-Cal、Cal-O、Cal-N和Cal-S等共价键,使可溶组分大量溶出。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ536

【参考文献】