车集煤矿软煤和硬煤中可溶有机质的分离和分析

摘要

本论文选用车集煤矿软煤（SC）和硬煤（HC）作为研究煤样，分别用甲醇（ME）、甲苯（TOL）和丙酮（AC）进行超声萃取（UE）、300oC的热溶（TD）以及300MPa的超高压萃取（UHPE），得到了18个可溶物样品。此外，根据22个模型化合物的源内碰撞诱导解离（ISCAD）质谱法的研究结果，对该18个可溶物进行了分析与比较，发掘出更多的煤分子结构信息。最后，引入了高效液相制备色谱法（HPLPC）用于可溶物的进一步分离，获得了纯度更高的馏分，并用气相色谱质谱联用仪（GC-MS）和静电场轨道阱质谱（Orbitrap-MS）对各馏分进行了表征。 从可溶物的收率分析发现，超高压萃取获得的收率最高，相应的萃取残渣用扫描电镜（SEM）观察到更为光滑的表面。主要是因为超高压萃取过程中，溶剂分子能够深入煤的孔隙结构，使大分子骨架结构更容易被破坏，从而溶出更多的有机组分。 在不同ISCAD能量下对22种模型化合物进行了碎裂模式和碎裂路径的分析发现：由于苯环的共轭作用的影响，苯环的开环反应常发生在80eV以上，苯环所含侧链越多，开环反应所需能量就越高；烷基链、桥键官能团以及含杂原子的侧链官能团比较容易在低能量下发生碎裂，且链的长度越长，越容易发生碎裂；环内杂原子都很难被脱除，其中硫原子比氧原子更容易脱除，而氮原子最难被脱除。 从可溶物的ISCAD分析发现，TD产物中分布着较多的双键相等值（DBE）＜10、碳数＜15的小分子化合物，UE产物分布与热溶相似，但化合物种类明显更少。而UHPE产物中分布较多的DBE＜5、碳数＞15的长链化合物。其中甲醇和丙酮溶出的化合物种类明显更多，主要由于甲醇和丙酮具有更小的分子体积以及更高的极性。上述结果对聚氨酯注浆材料的改性研究具有十分重要的意义。 通过热溶产物的HPLPC制备，获得了纯度和含量都较高的1,2-二苯基乙烷和1,2-二苯基乙烯，可用于药物中间体。此外，采用GC-MS对馏分的分析还发现了1,2-二苯基乙烯的顺反异构体。 以上研究为了解软煤和硬煤的性质从分子层面提供了理论依据。

目录

声明

致谢

1 绪论

1.1课题背景及意义

1.2煤结构的研究方法

1.2.1 煤的溶剂萃取方法

1.2.2 超声萃取

1.2.3 热溶

1.2.4 超高压萃取

1.3煤中有机质的分离方法

1.3.1 柱层析分离

1.3.2 中压制备色谱

1.3.3 高效液相制备色谱法

1.4煤中化合物的结构表征

1.4.1 FTIR分析

1.4.2 NMR分析

1.4.3 气相色谱质谱联用

1.4.4 全二维气相色谱质谱联用

1.4.5 高效液相色谱质谱联用

1.4.6 高分辨质谱

1.5研究内容

2 实验

2.1煤样的制备与分析

2.2仪器与试剂

2.3.1 热溶实验

2.3.2 超声萃取实验

2.3.3 超高压萃取实验

2.3.4 HPLC制备实验

2.4.1 GC-MS分析

2.4.2 Orbitrap-MS分析

3 收率与SEM分析

3.1可溶物的收率

3.2 扫描电子显微镜分析

3.3本章小结

4 模型化合物的ISCAD分析

4.1 芳烃

4.2 含氧化合物

4.3 含硫化合物

4.4 含氮化合物

4.5本章小结

5 萃取物的ISCAD分析

5.1热溶物的分析

5.2超声萃取物的分析

5.3超高压萃取物的分析

5.4本章小结

6 HPLC制备与分析

6.1色谱条件的优化

6.2馏分的收集与纯度测定

6.2.1 馏分的收集

6.2.2 馏分纯度的测定

6.3馏分的GC-MS和Orbitrap-MS分析

6.3.1 馏分的GC-MS分析

6.3.2 馏分的Orbitrap-MS分析

6.4本章小结

7 结论和创新点

7.1 结论

7.2 创新点

参考文献

附录

作者简历

学位论文原创性声明

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