中温沥青超声萃取物的热解特性与分子结构间关联性的FTIR解析

摘要

沥青分子结构和沥青热转化行为的调控是制备高品质沥青基炭材料的关键。为进一步明晰沥青热解行为与沥青分子结构间的关联性,选用8种有机溶剂对中温沥青(AGMP)在常温下进行超声萃取处理得到8种萃取物。利用PeakFit v4.12软件对各种萃取物的红外光谱吸收峰700~900,1000~1800,2800~3000和3000~3100 cm^(-1)四个区域进行了分峰拟合处理,从而获得了萃取物所含各种官能团的精细结构信息,并引入6种分子结构参数(I_(1)~I_(6)),表征萃取物分子结构与热解活化能的关系。傅里叶变换红外光谱(FTIR)谱图分析表明8种萃取物主要是以含氧、含氮等杂原子的脂肪烃侧链为主的缩合芳香环结构组成的复杂化合物。由于萃取剂结构差异,萃取物中的分子结构参数也略有差异。线性结构萃取剂所得萃取物链烃(I_(5))含量较高,环结构萃取剂所得萃取物芳环(I_(6))取代结构较多。利用热重分析法(TGA)在不同升温速率(3,6,10,15 K·min^(-1))下对8种萃取物的热失重行为进行了研究,在等转化率不考虑反应机理的情况下,依据Flynn-Wall-Ozawa法和Kissingr-Akahira-Sunose法解析得出8种萃取物的热解活化能(E_(a))。结果表明8种萃取物热解活化能在78~116 kJ·mol^(-1)之间,其值大小与官能团结构及含量密切相关。将红外光谱定量分析获得的萃取物红外结构参数与热解活化能进行关联,通过详细分析探讨不同萃取物结构参数与热解活化能的一元线性回归E_(a)=f(I_(i))的分析结果发现,芳香性指数(I_(3))和支链化程度(I_(5))是决定萃取物热解活化能大小的主要指标,热解活化能与各单一指标(I_(i))拟合结果的正负相关性,表示这一结构从体系中被热解破坏的难易程度。综合考虑各红外结构参数的共同作用,AGMP萃取物热解活化能与红外光谱结构指标之间的拟合关系模型为E_(a)=-4294.53I_(1)+73812.16I_(2)+207673.32I_(3)-20324.20I_(4)-168.56I_(5)+857.86I_(6)。结合红外分析得到的这一结果,揭示了更多关于煤沥青的热解特性和动力学的细节信息,有助于理解煤沥青的热解过程和热转化行为。