小龙潭和胜利褐煤的分级萃取与热溶解聚

摘要

本论文采用原煤直接热溶和原煤分级萃取与萃余物连续变温热溶两种方法对胜利(SL)和小龙潭褐煤(XLT)中的有机质进行有效溶出和富集,并结合多种现代分析仪器对萃取物和热溶物及残渣进行分析。在认识褐煤有机质的溶出规律的基础上对不同条件下褐煤的热溶机理进行了探索,并总结了两种褐煤的组成与结构特征。
　　同一溶剂中褐煤热溶物的产率随温度的升高而增加;同一温度下不同溶剂的热溶物产率有较大差异。丙酮和醇溶剂中热溶产率最高,其次是乙酸乙酯,苯的热溶收率相对较低。两种褐煤的各级超声萃取物的收率都较低,但是分级萃取对褐煤大分子网络结构有较好的溶胀效果。二硫化碳对褐煤中烷烃和芳烃的萃取效果较好,苯对极性较小的烷烃、芳烃和甾类及萜类生物标志物具有较好的溶出效果。乙酸乙酯可以通过酯交换和醇解等反应与褐煤共价键发生作用,其热溶物中酯类和烷烃的含量较高。热溶过程中,丙酮在褐煤中矿物质催化作用下会发生缩合反应生成大量醛酮类化合物而影响热溶产物和收率,但丙酮对褐煤中含氮化合物的有较好的溶出效果,这可能是由于丙酮与含氮化合物之间容易形成 N-H…O氢键。醇溶剂热溶中能与煤中有机质发生醇解、烷基化和酯交换等反应,从而促进褐煤中有机质的溶出。THF萃取物中醚类和酯类的含量较高。
　　整个分级萃取和变温热溶过程可分为三个阶段:超声萃取和240 ℃及以下温度的热溶解聚过程以物理萃取为主,热溶物组成以煤中游离态化合物为主;240~270 ℃主要为超临界萃取阶段;300 ℃及以上热溶为褐煤热解、超临界萃取和溶剂参与反应共同作用的过程。
　　两种褐煤的萃取物和热溶物中化合物的分子量都集中在80~600。虽然两种褐煤中萃取物和热溶物中都检测到了卡达烯和从C13到C29连续分布的正构烷烃,但XLT中正构烷烃的平均分子量大于SL,且奇碳优势较SL明显;XLT中的长链烷酸甲酯类化合物、卡达烯和生育酚等生物标志物的含量也高于SL,推测两种褐煤生物起源都以高等植物为主且XLT的成熟度低于SL。两种褐煤270 ℃以上热溶物中化合物都以烷基取代苯、萘和苯酚,甲氧基取代的芳香族化合物以及2-异丙基-1-甲氧基-4-甲基-苯为主,说明两种褐煤的大分子骨架和桥键结构相似度较高。两种褐煤中含氮和含硫化合物以含氮杂环和苯并噻吩类化合物为主。
　　这些结果表明,利用常规溶剂在较温和的条件下的分级萃取和变温热溶可以将褐煤中有机质有效溶出和富集,结合先进的仪器分析可以从分子水平上认识褐煤可溶有机质的组成和结构特征,对揭示褐煤的大分子结构特征和促进褐煤的高效清洁利用具有一定的意义。

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图清单

表清单

1 绪论

1.1 课题的背景与意义 (Background and Significance of Research )

1.2 褐煤结构的研究进展 (Research Advances on Coal Structure)

1.3 煤萃取与热溶的研究进展 (Research Advances on Extraction and Thermal Dissolution of Coal)

1.4 煤组成与结构的分析方法 (Analytical Methods of Coal Composition and Structure)

1.5 论文的研究意义和内容 (Research Significance and Contents of the Thesis)

2 实验

2.1 样品的制备与分析 (Preparation and Analysis of Samples)

2.2 试剂与仪器 (Reagents and Instruments)

2.3 实验步骤 (Experimental Procedure)

2.4 原煤与产物的分析 (Analysis of Lignites and Products)

3 胜利和小龙潭褐煤的热溶解聚

3.1 热溶物收率 (Total Yields of TD Products)

3.2 热溶物的GC/MS分析 (GC/MS Analyses of TD Soulbe Fractions)

3.3 热溶物的 ASAP/TOFMS 分析(ASAP/TOFMS Analyses of TD Products)

3.4 本章小结 (Summary)

4 胜利褐煤的分级萃取与变温热溶

4.1 分级萃取与变温热溶收率 (Total Yields of FE and Sequential TD)

4.2 热重分析 (TG/DTG Analyses)

4.3 红外分析 (FTIR Analyses)

4.4 萃取物与热溶物的GC/MS分析 (GC/MS Analyses of Extracts and TD Products)

4.5 热溶物的 ASAP/TOFMS 分析 (ASAP/TOFMS Analyses of TD Products)

4.6 本章小结 (Summary)

5 小龙潭褐煤的分级萃取与变温热溶

5.1 分级萃取与变温热溶收率 (Total Yields of FE and Sequential TD)

5.2 热重分析 (TG/DTG Analyses)

5.3 红外分析 (FTIR Analyses)

5.4萃取物与热溶物的GC/MS分析 (GC/MS Analyses of Extracts and TD Products)

5.5 热溶物的 ASAP/TOFMS 分析 (ASAP/TOFMS Analyses of TD Products)

5.6 本章小结 (Summary)

6 结论和创新点

6.1 结论 (Conclusions)

6.2 创新点 (Innovations)

参考文献

附录

作者简历

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