宁东煤中有机质的分子组成结构特征及定向转化反应的基础研究

发布时间：2020-05-06 23:01

【摘要】：宁东煤田中低阶煤储量丰富,是宁夏煤化工产业理想的原料工业基地。了解宁东煤的分子组成结构特征和定向转化的机理对于实现宁东煤的高附加值利用,转化宁夏地区的煤炭资源优势为强劲的经济优势具有十分重要的意义。本论文选取宁东煤田红柳矿(HL)、羊场湾矿(YCW)和梅花井矿(MHJ)煤样作为研究对象,首先依次以石油醚、二硫化碳(CS_2)、甲醇、丙酮、等体积的丙酮/CS_2混合溶剂对三种煤样分别进行了分级萃取,得到各级萃取物和萃余煤。然后依次选用环己烷、苯和甲醇作为热溶溶剂,蒽作为活性氢受体,对三种煤样的萃余煤分别进行了热溶解聚,得到各级热溶物及热溶残渣。最后,制备了磁性负载型固体超强碱催化剂,并对热溶残渣进行催化加氢裂解。并利用气相色谱/质谱联用仪(GC/MS)对三种煤样的各级萃取物、热溶物和催化裂解产物进行了分析。实验结果表明,超声辅助分级萃取的方法可以有效地分离出宁东煤中较易溶出的有机质分子。石油醚萃取物以烷基取代环己烷为主;CS_2萃取物以大分子芳烃及芳烃衍生物为主;甲醇萃取物中则主要为正构烷烃和烷基取代苯;丙酮萃取物中主要是以含氧有机物为主的杂原子有机化合物;经前几级萃取后丙酮/CS_2萃取产物中可检测组分较少,且主要以大分子为主。甲醇对各煤样的萃取率最高,石油醚对各煤样的萃取率最低,说明萃取率不仅与煤样本身有关,而且与溶剂极性和溶解性有关。从产物组成上看,三种煤样分级萃取物中可检测组分种类较多,分布较广,其中环烷烃类,取代芳烃类和杂原子有机物的含量相对较高,其中还检测到少量高附加值产物如角鲨烯、姥鲛烷和植烷等,对宁东煤的高效开发利用有重要意义。三种萃余煤的热溶物收率随着热溶温度的升高而升高;相比于环己烷和苯,甲醇对于煤结构中的大分子有机化合物的溶出效果最好。300℃下热溶产物中芳烃类的含量较高,烯烃类含量最低。大部分芳烃是以甲基、乙基、异丙基和长链烷基等为取代基的取代芳烃,推测其主要游离于煤中的大分子网状结构中。还检测到丰富的酚类化合物,主要以烷基取代的苯酚为主。与分级萃取结果对比分析,热溶物中烷烃的含量较高,说明煤结构中烷烃类分子间作用力较强,特别是支链烷烃在煤复杂的结构网络中有较强的绕合作用,温和条件下萃取并不能将其大量溶出。制备的磁性负载型固定超强碱催化剂具有良好的超顺磁性、分布较好的介孔结构和较强的碱性位点。相比分级萃取和变温热溶,煤样的热溶残渣经催化加氢反应后产物中可溶物的收率明显提高,表明固体超强碱能有效促进煤结构中有机质分子间共价键的断裂。催化裂解产物中的芳烃类、酚类和酮类含量较高,特别是酚类化合物,说明了固体超强碱催化剂能促进煤结构中连接苯氧基和大分子网络骨架结构的-C-O-键的断裂。
【图文】：

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13图 2.1 分级萃取流程图Fig 2.1 Fractional Extraction Scheme分别称取6 g红柳矿、梅花井矿和羊场湾矿煤样置于锥形瓶中，向锥形瓶中加入300 mL溶剂，然后置于超声水浴装置中振荡20 min，静置10 min至煤样沉淀至锥形瓶底部，将上部溶液转移至索氏萃取器中，用旋转蒸发器在常压下将各

流程图,变温热,流程图,高压釜

物进行定量计算。2.3.2 变温热溶变温热溶实验流程如图2.2所示。依次加萃余煤和 20 mL 环己烷/蒽（蒽浓度为 0.001 mol/mL）溶液到洗净干燥的高压釜中，封闭高压釜后用水循环泵快速抽出釜内空气，，关闭阀门开启磁力搅拌升温至 200 ℃，实时记录温度和压强变化，恒温保持 2 h 后浸釜体于冰水浴中冷却至室温。置高压釜于铁架内固定后打开高压釜，用滴管小心取出釜内固液混合物于干净的锥形瓶中，用丙酮多次淋洗高压釜内壁至淋洗液无色澄清，并将淋洗液也转移至锥形瓶内。然后将锥形瓶置于超声水浴装置中进行超声萃取。超声萃取后的固液混合物经过砂芯漏斗抽滤，通过旋转蒸发仪将所得滤液浓缩，浓缩后的滤液转移到提前称重的样品瓶保存，留做后续检测。所得滤饼继续转移到锥形瓶中添加等量的丙酮溶剂继续进行超声萃取，然后过滤，多次重复上述操作
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ533

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