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褐煤是一种含氧量高、含水量高、高挥发分的低阶煤,这些特点限制了它的应用。研究表明,利用碱-氧氧化法转化褐煤可以得到具有高附加值的羧基化学品,主要包括小分子脂肪酸酸和苯羧酸,这些羧基化学品广泛应用在医药、染料、橡胶等行业。 传统的碱-氧氧化法没有考虑褐煤结构的复杂性,把具有不同氧化活性结构的组分放在同一条件下进行氧化,羧酸化学品收率较低。本工作提出首先采用NaOH水溶液为萃取剂对褐煤进行萃取分级,再结合碱-氧氧化的方法,将褐煤分级产物进行分别氧化。本研究通过此方法氧化霍林河褐煤得到了较高收率的苯羧酸(12种)和小分子脂肪酸(甲酸、乙酸、丁二酸、草酸),并且对萃取物和萃余物的碱-氧氧化条件作了考察。结果表明,以萃取物为原料时,在反应温度230℃、氧气初压4.5 MPa、反应时间40 min、氢氧化钠1.0 M的条件下可以得到最佳的羧酸收率(以碳为基准,下同),包括5.60%的甲酸、6.15%的乙酸、11.95%的草酸、0.85%的丁二酸和11.13%的苯羧酸;以萃余物为原料时,在反应温度260℃、氧气初压5.5 MPa、反应时间70 min、氢氧化钠3.0M的条件下可以得到最佳的羧酸收率,包括0.35%的甲酸、5.05%的乙酸、11.81%的草酸和19.48%的苯羧酸收率。萃取物和萃余物分别氧化得到的羧酸化合物折算为以褐煤为基准的总收率:羧酸收率为36.28%,其中苯羧酸收率为17.31%,小分子脂肪酸收率为19.02%。与传统碱-氧氧化对比,该方法得到的羧酸收率明显提高,并且减少了碱的用量。同时也证明,相比萃取物,萃余物的氧化活性低,即碱-氧氧化需要更高的反应温度、氧气初压、碱浓度和更长的反应时间。 通过13C NMR和FT-IR分析可知,萃取物的芳香结构以单环芳烃为主,芳环外围中含有较多的含氧官能团侧链;萃余物的芳香结构以多环芳烃为主,芳环外围中含有较多的烷基侧链。本工作以萃取物和萃余物碱-氧氧化产物中苯羧酸的收率分布为基础,并结合实验得到的各种结构参数,分别构建了褐煤萃取物和萃余物的有机质结构模型。该模型不仅与实验表征的数据吻合度很高,而且较好的反映了萃取物和萃余物碱-氧氧化产物苯羧酸收率的特征,说明该模型能够较好地反映萃取物和萃余物的结构特征。