离子液体对羊场湾煤热溶解聚的影响与评价

摘要

溶剂萃取是探索煤结构特征、制备超净煤和对煤进行提质的重要方法之一，对于实现煤资源高效清洁转化也具有重要意义。本文主要研究宁夏回族自治区宁东煤炭基地的羊场湾(YCW)煤经9种常规有机溶剂常温萃取和7种离子液体(Ionic liquids，ILs)热溶解聚。解离富集煤中可溶部分进一步分析其非破坏性或者选择破坏性，分析ILs热溶解聚物中低相对分子量产物的组成和结构一定程度上反映YCW煤部分结构信息，同时结合工业分析、元素分析、XRD、FT-IR、XPS、13CNMR等利用物理常数统计结构解析结果构建YCW煤微观大分子结构模型并对其进行量子化学计算，此研究旨在探究在温和条件下直接分离富集煤炭中各组分有机物或使煤炭定向转化的有效方法，探究以煤中直接分离所得族组分为原料进一步合成高附加值精细化学品的可行方案，填补宁东煤炭在微观结构及反应性研究的空白。
　　研究表明:YCW煤在所选取的9种溶剂中的萃取产率遵循DMSO＞NMP＞DMF＞ALKY＞MET＞CYC＞DMK＞PET＞CYH的萃取规律，萃取产率还以含氮类、醇类、酮类、烃类的次序递减。还发现对于同类溶剂而言，极化率越大，萃取产率也越高。
　　DMSO较DMF和NMP能够更多的溶解ILs热溶解聚物，加上DMSO对YCW煤镜质组的萃取产率较高，不同ILs热溶解聚的YCW煤镜质组在DMSO中的萃取产率遵循着如下规律:[Bmim][CF3SO3]＞[Bmim][Cl]＞[Emim][AC]＞[Bmim][AC]＞[Emim][BF4]＞[Bmim][BF4]＞[HOEtmim][BF4]。热溶解聚能力不仅与ILs阳离子的体积大小有关，还与阴离子的核电荷数有关。ILs回收率均在90％以上，回收再生ILs与新鲜离子液体FT-IR的谱图比，除氢键外几乎没有变化，回收利用ILs三次热溶解聚萃取产率几乎没有降低，这也表明ILs在热溶解聚过程和反萃取回收过程中没有受到污染，并且保持良好的性能。
　　分析萃取产物FT-IR谱图，表明萃取产物基本能代表YCW煤镜质组的基本结构。分析常规有机溶剂萃取产物及ILs热溶解聚产物GC/MS结果表明，不同有机溶剂和不同ILs对YCW煤作用所得萃取物质的含量种类各不相同，大致上分为一下几类:脂肪烃、芳香烃、醇醚类、酯类、酮类、酚类、含氮类、羧酸类和其他化合物，其峰顺序直链烷烃早于支链烷烃且C7～C44均出现，萃取物中芳烃含有苯、萘、蒽、菲、芘均出现且含量以苯和萘、蒽为主。
　　通过富集宁东煤炭镜质组，利用工业、元素分析等传统分析方法结合XRD、FT-IR、XPS、13CNMR等表征手段配合有机溶剂萃取和ILs热溶解聚所得产物GC/MS分析，根据族组分结构得到芳香结构基本分布，并计算得到YCW煤镜质组XBP为0.23，以此建立YCW煤大分子模型。在对的模型屡次校正、退火计算和模型优化的基础上，得到了合理的YCW煤分子构型。对合理的煤炭大分子结构采用全电子量子化学计算，得出了煤炭分子结构的红外光谱与核磁共振图，模拟图谱与实验所测谱图的峰形和峰强度上均能很好的吻合，由此，搭建的YCW煤大分子模型的合理性得以检验。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1引言

1．2煤炭资源及其特征

1．3煤的溶剂萃取研究现状

1．3．1溶剂萃取剂的选择

1．3．2萃取方法的选择

1．3．3煤化程度和煤岩组分的影响

1．4离子液体

1．4．1离子液体的结构与性质

1．4．2离子液体的合成方法

1．4．3离子液体的应用

1．5煤大分子结构研究历程

1．5．1煤的结构模型

1．5．2煤结构模型的研究方法

1．5．3分子模拟技术在煤大分子研究中的应用

1．6研究内容及意义

2．1引言

2．2煤样的采集及实验

2．2．1仪器和试剂

2．2．2 YCW煤镜质组的分离富集

2．2．3有机溶剂萃取YCW煤镜质组

2．2．4有机溶剂偶极矩及极化率的计算

2．2．5萃取产物的表征方法

2．3结果与讨论

2．3．1几种有机溶剂对YCW煤镜质组的萃取结果

2．3．2有机溶剂萃取产率的影响分析

2．3．3有机溶剂萃取产物的分析

2．4本章小结

3．1引言

3．2实验部分

3．2．1仪器和试剂

3．2．2[Emim][AC]热溶解聚物移取剂的选择

3．2．3不同离子液体热溶解聚YCW煤镜质组

3．2．4再生离子液体性能探究

3．2．4萃取产物的表征方法

3．3结果与讨论

3．3．2不同离子液体热溶解聚YCW煤镜质组萃取效果的影响

3．3．3再生离子液体热溶解聚YCW煤镜质组对萃取效果的影响

3．3．4离子液体热溶解聚YCW煤镜质组萃取产物的分析

3．4本章小结

4．1引言

4．2实验及理论计算方法

4．2．2傅里叶变换红外谱图分析

4．2．3核磁共振碳谱分析

4．2．4 X射线光电子能谱分析

4．2．5 X射线衍射测试

4．2．6模型构建

4．3结果与讨论

4．3．1 FT-IR Analysis

4．3．2 13C NMR Analysis

4．3．3 XPS Analysis

4．3．4 XRD Analysis

4．3．4煤的大分子模型构建

4．3．5模型优化及验证

4．4本章小结

第五章结论

参考文献

致谢

个人简介

攻读学位期间学术论文撰写与发表