【摘 要】
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宁夏宁东的煤炭资源丰富与陕西榆林、内蒙古鄂尔多斯共同构成我国的能源“金三角”。但在煤资源的利用和开采过程中常常伴有严重的污染问题。若要从根本上解决煤炭在利用过程中的诸多问题,就一定要从分子水平上对煤进行研究,提高煤的利用效率。有机溶剂的常温萃取作为一种破坏性低、操作便捷的方法,在探究煤结构领域表现出了其独到的优势。但传统的萃取过程主要是基于煤中的镜质组,对惰质组的萃取研究仍处于起步阶段。加之,溶剂
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宁夏宁东的煤炭资源丰富与陕西榆林、内蒙古鄂尔多斯共同构成我国的能源“金三角”。但在煤资源的利用和开采过程中常常伴有严重的污染问题。若要从根本上解决煤炭在利用过程中的诸多问题,就一定要从分子水平上对煤进行研究,提高煤的利用效率。有机溶剂的常温萃取作为一种破坏性低、操作便捷的方法,在探究煤结构领域表现出了其独到的优势。但传统的萃取过程主要是基于煤中的镜质组,对惰质组的萃取研究仍处于起步阶段。加之,溶剂类型也是影响萃取产率的关键因素。为了探明不同类型溶剂的萃取规律以及产物分布之间的差异。本文选用宁夏宁东羊场湾(YCW)煤作为研究对象,分别使用脂肪烃、芳香烃、醇等三类有机溶剂在超声波辅助的条件下常温萃取YCW煤镜质组和惰质组。结合工业分析、元素分析、13CNMR、XPS、XRD、FT-IR、BET等多种现代分析技术,对获取的萃取产物、萃取残渣以及两种显微组分进行探究。YCW煤镜质组和惰质组的13CNMR和XPS结果共同表明,YCW煤中的碳主要以脂肪碳和芳香碳为主,且芳香碳含量远高于脂肪碳。还发现镜质组的脂肪碳含量高于惰质组,但芳香碳以及羰基碳含量却低于惰质组。三类溶剂萃取产率存在以下规律:脂肪烃>芳香烃>醇。脂肪烃类溶剂的萃取产率最低,维持在6-10%。其次是芳烃类溶剂,萃取产率为6-12%。萃取产率最高的是醇类溶剂,均可达到15%以上。对结果进行进一步分析发现溶剂结构对萃取产率有较大的影响,结构越平整萃取产率越高。其次还发现溶剂的黏度也是影响萃取产率的重要因素,黏度越大则萃取产率越低,黏度越小产率越高。除此之外,研究结果还表明YCW煤镜质组的萃取产率始终高于惰质组。三类溶剂萃取产物的FT-IR和GC/MS结果表明:脂肪烃类溶剂萃取产物与芳香烃类萃取产物分布具有相似性,即萃取产物均表现出脂肪烃类化合物含量最高,酯类化合物紧随其后的规律。两者之间最大的不同体现在产物中正构烷烃的分布上。脂肪烃类溶剂萃取镜质组,所得正构烷烃主要以正三十六烷和正二十四烷为主。芳香烃类溶剂萃取镜质组,所得正构烷烃主要以正二十一烷和正二十七烷为主,而其萃取惰质组,所得的正构烷烃主要以体积和相对分子质量更大的正三十六烷和正五十四烷为主。醇类溶剂萃取产物中的化合物分布较为均匀,大体遵循酯>脂肪烃>芳香烃的规律。且其产物中的正构烷烃含量普遍偏低,主要以正二十烷为主。其萃取产物中出现大量芳烃,主要以萘、菲、蒽的形式存在。三类溶剂萃取产物中的酯类化合物分布具有相似性,即在所有酯类化合物中,邻苯二甲酸双酯的含量最高。三类溶剂萃取残渣的FT-IR结果表明:脂肪烃和芳香烃均可从YCW煤中提取出大量的脂肪烃类物质。三类溶剂萃取残渣的XRD结果表明:相比于镜质组和惰质组原煤,所有溶剂萃取残渣的d002值均呈增加趋势,这表明萃取过程可以使芳香层片的层间距增大。Lc值均减小。Nave值在萃取前后变化不大,介于8-11之间。脂肪烃和芳香烃类溶剂萃取残渣的BET分析表明:煤萃取残渣中,大孔所占比例与萃取产率正向相关。大孔所占比例越高萃取率也越高,反之则越小。镜质组萃取残渣中的大孔含量高于惰质组,这表明在使用同一种萃取溶剂时,镜质组较惰质组更易形成大孔,从而导致镜质组的萃取产率高于惰质组。
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