煤催化氧解制取腐植酸工艺及机理研究

摘要

本文旨在从贵州煤和新疆煤的特性出发，探索温和条件下利用高选择性、高效催化剂对煤中某些特殊的化学键进行断裂，研究煤催化氧化和溶剂萃取获得大量高附加值的腐植酸，并通过实验来确立最佳的工艺条件及催化剂。分析煤催化氧解工艺参数和催化剂对产物产率和组成结构的影响。
　　 以贵州煤、新疆煤和神府煤为研究对象，采用碱溶酸析法提取腐植酸，研究了各煤种的催化氧化工艺和影响因素。利用红外光谱、元素分析、E4/E6分析等对原煤及其产物的结构进行了分析表征，测定了总腐植酸产率，阐明了催化氧化机理，建立了动力学模型。
　　 结果表明，不同煤催化氧解制备的腐植酸产率不同，N-羟基邻苯二甲酰亚胺(NHPI)催化剂催化效率最高，新疆煤和贵州煤在NHPI作用下制取腐植酸产率大，分别高达36.78％和33.60％。煤经催化氧解后，煤中的C 含量降低，催化氧解残煤含氮量和含氧量明显升高，说明煤分子中引入了大量硝基，生成了硝基腐植酸。加催化剂时，煤催化氧解产物的E4/E6值明显增加；对贵州煤，加入NHPI作为催化剂，其值E4/E6 达到3.201，与不加催化剂相比增加0.916。对新疆煤和神府煤，加入NHPI 催化剂，其E4/E6值分别为2.831和3.220，与不加催化剂相比分别增加了0.694和0.812。说明煤催化氧解产物分子量减小，氧解程度加深。
　　 煤制备腐植酸催化氧解过程为自由基连锁反应机理。通过自由基的连锁反应，把煤中的烷基，环烷烃，苯甲基等一系列活性官能团转化为含氧化能团。煤催化氧解动力学计算表明，NHPI 催化剂明显降低了各煤种催化氧化反应所需的活化能，提高了反应速度，起到明显助催化作用。本文为煤催化氧解制取腐植酸提供一定理论依据及基础数据。

目录

煤催化氧解制取腐植酸工艺及机理研究