胜利褐煤和新疆长焰煤中可溶有机物的分离与分析

摘要

低阶煤的非燃料利用需要解决的主要化学问题是要对煤中有机质的组成结构有一个确切的认识。从煤的可溶物中分离和鉴定低分子量的化合物是一个非常有效的方法,通过这种方法可以更好的认识煤的结构并高效利用煤资源。为研究低阶煤中可溶物的组成,本课题选用胜利褐煤(SL)和新疆长焰煤(XCC)为原料,首先探讨了SL的苯/甲醇热溶(TD)及热溶物的分离与分析。在此基础上,选用对环境较为友好的混合溶剂甲苯/乙醇分别对SL和XCC进行超声萃取和热溶,可溶物GC/MS分析后采用柱层析和中压制备色谱的方法进行分离,分离后的各馏分通过GC/MS分析推断其组成和化合物的结构,其中从SL的苯/甲醇热溶物中分离得到的一个具有抗炎活性的化合物结合LC/MS分析进一步确证化合物的纯度和结构。
　　SL的甲苯/乙醇超声萃取物和热溶物的收率分别为1.7％和40.5%;XCC的超声萃取物和热溶物的收率分别为3.1%和52.4%。从两种低阶煤的可溶物的收率可以看出,以甲苯/乙醇为溶剂,不同的煤种之间XCC的超声萃取物和热溶物的收率均高于SL;而针对同一煤种的不同溶解条件,热溶物的收率远高于超声萃取物的收率,主要原因是330oC条件下SL和XCC中的大分子结构单元发生了断裂而生成了在甲苯/乙醇中易溶的小分子。
　　对SL和XCC各不同条件下得到的可溶物的GC/MS分析结果表明,除了在SL的苯/甲醇热溶物中只检测到9种化合物,在SL的甲苯/乙醇超声萃取物和热溶物中分别检测到41种和109种化合物,在XCC的甲苯/乙醇超声萃取物和热溶物中都检测出63种化合物,以上组成复杂的混合物尤其是热溶物中的化合物的显著特点是含氧化合物(OOCs)的相对含量占突出优势:在SL的甲苯/乙醇热溶物检测到71种OOCs,相对含量高达64.24%;XCC的甲苯/乙醇热溶物检测到37种OOCs,相对含量为53.10%。以上发现为从低阶煤中富集和分离高附加值的OOCs提供了重要的理论依据。此外,还从可溶物中发现了罕见的含磷、氯、氟和硅原子的有机物。
　　对各不同条件下得到的可溶物进行分离与纯化,结果从可溶组分的复杂混合物中成功分离出7种纯度较高的化合物,分别为:从SL的苯/甲醇热溶物中分离到环八硫和具有抗炎活性的6-羟基-7-异丙基-1,1,4a-三甲基-2,3,4,4a,10,10a-六氢菲-9(1H)-酮(HIPTMHHP);从SL的甲苯/乙醇超声萃取物和热溶物中都分离得到高纯度的邻苯二甲酸二(6-甲基庚基)酯;从SL的甲苯/乙醇超声萃取物和热溶物中分别得到磷酸三丁酯和二萘甲烷;从XCC的热溶物中得到1-甲基-7-异丙基-菲和9,10-二氢-9,10,11-三甲基-9,10-亚甲基蒽-11-醇。
　　此外还富集到各种类型的族组分,主要包括:从各条件下得到的SL和XCC的可溶组分中都富集到一系列C14-C32范围内连续分布的正构烷烃;从SL的苯/甲醇热溶物、XCC的甲苯/乙醇超声萃取物和热溶物中都富集到主要以苯环、萘环和菲环为母体的芳烃和含氮、磷杂原子镶嵌在环内的芳香族化合物;从SL的苯/甲醇热溶物中得到15种碳数分布范围为C15-C27的长链甲基酮、12种碳数分布范围为C17-C28的长链脂肪酸乙酯、2种长链脂肪酸和4种长链脂肪酰胺;从SL的甲苯/乙醇超声萃取物中富集到3种互为同分异构体的苯甲基苯甲酸酯、18种从己基苯基碳酸酯到二十三碳烷基苯基碳酸酯连续分布的苯基碳酸酯和3种OOCs;从SL的甲苯/乙醇热溶物中富集到和其超声萃取物中相同种类的18种苯基碳酸酯以及21种从辛烷酸乙酯到二十八碳烷酸乙酯连续分布的直链脂肪酸乙酯;从XCC的超声萃取物中富集到大黄素甲醚为主成分的7种含氧化合物和结构较为复杂的3种含氮化合物(ONCs);从XCC的甲苯/乙醇热溶物中富集到25种脂肪酸乙酯类化合物,除了20种从壬烷酸乙酯到二十八碳烷酸乙酯连续分布的直链脂肪酸乙酯,还包括3种带有甲基支链的碳烷酸乙酯和2种带有支链的烯酸乙酯。
　　从本论文的研究成果可以推测:选用合适的溶剂和较为温和的条件溶解低阶煤中的有机质,不仅可以从中获得高附加值的有机化学品,还可以有效的去除煤中含有的杂原子,以减少原煤直接燃烧对环境造成的污染,为低阶煤的洁净和非燃料利用都提供了切实有效的理论依据。此外,深入了解低阶煤中直接分离到和大分子断裂后的小分子的结构,可以为低阶煤的大分子结构研究提供可靠的证据。

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Abstract

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Contents

图清单

表清单

1 绪论

1.1 研究背景（Background of the Research）

1.2 煤结构的研究现状（Current Research Status of Coal Structure）

1.3 煤的溶剂萃取方法（Methods of solvent extraction of coal）

1.4 煤的热溶（Thermal dissolution of coals）

1.5 煤中可溶物的分离方法（Separation method of soluble matter from coals）

1.6 煤中化合物的结构表征（Structure characterization of compounds in coals）

1.7 低阶煤中可溶有机物的研究进展（Advances in Research on Soluble Organic Compounds of Low-rank Coals）

1.8 本课题意义及研究内容（Research Significance and Contents of the Thesis）

2 实验

2.1 仪器与试剂（Instruments and Reagents）

2.2 原料的选择和处理（Selection and Treatment of Samples）

2.3 实验步骤（Experimental Procedure）

3 胜利褐煤的苯/甲醇热溶及热溶物的分离与分析

3.1 热溶物和各可检测馏分的收率（Yields of TDSL and each fraction be detected）

3.2 胜利褐煤苯/甲醇热溶物的GC/MS分析（GC/MS analysis of TDSL with benzene/ethanol）

3.3 胜利褐煤苯/甲醇热溶物的分离与分析（Separation and analysis of fractions from TDSL with benzene/ethanol mixed solvent）

3.4 小结（Summary）

4 胜利褐煤的甲苯/乙醇超声萃取及萃取物的分离和分析

4.1 萃取率（Yields）

4.2 胜利褐煤甲苯/乙醇超声萃取物的GC/MS分析（GC/MS Analysis of UESL with toluene/ethanol）

4.3 胜利褐煤甲苯/乙醇超声萃取物的分离与分析（ Separation and analysis of fractions from UESL with toluene/ethanol mixed solvent）

4.4 小结（Summary）

5 胜利褐煤的甲苯/乙醇热溶及热溶物的分离与分析

5.1 热溶率（Yields）

5.2 胜利褐煤甲苯/乙醇热溶物的GC/MS分析 （GC/MS Analysis of TDSL with toluene/ethanol）

5.3 胜利褐煤甲苯/乙醇热溶物的分离与分析（Separation and analysis of fractions from TDSL with toluene/ethanol mixed solvent）

5.4 小结（Summary）

6 新疆长焰煤的甲苯/乙醇超声萃取及萃取物的分离和分析

6.1 萃取率（Yields）

6.2 XCC 甲苯/乙醇超声萃取物的 GC/MS 分析（GC/MS Analysis of UEXCC with toluene/ethanol）

6.3 XCC甲苯/乙醇超声萃取物的分离与分析（Separation and analysis of fractions from UEXCC with toluene/ethanol mixed solvent）

6.4 小结（Summary）

7 新疆长焰煤的甲苯/乙醇热溶及热溶物的分离与分析

7.1 热溶率（Yields）

7.2 XCC甲苯/乙醇热溶物的GC/MS分析（GC/MS analysis of TDXCC with toluene/ethanol）

7.3 XCC 甲苯/乙醇热溶物的分离与分析（Separation and analysis of fractions from TDXCC with toluene/ethanol mixed solvent）

7.4 小结（Summary）

8 结论及创新点

8.1 结论（Conclusions）

8.2 创新点（Innovations）

参考文献

附录

作者简历

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