风化煤腐植酸组成与结构研究

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我国是一个煤富油贫气薄的国家,我国能源的70%来自于煤炭,而且存在大量的热值较低的风化煤,这部分风化煤不能作为能源利用,因此,开发风化煤的高附加值利用成为煤化工的重要研究领域。  论文首先对腐植酸的研究现状做了简单的综述,然后用“碱溶酸析”的原理从风化煤中提取分离出棕腐酸和黑腐酸,并通过元素分析、E4/E6和官能团含量测定等化学解析法对腐植酸分子进行了定量的分析。通过紫外可见光谱(UV-VIS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)对腐植酸的分子结构表征表明,棕腐酸比黑腐酸含有较多的酚、醇、羧基等含氧官能团,而羰基含量少于黑腐酸。两种腐植酸的紫外可见光谱在波长范围内是随着波长增加而减少的混合光谱。通过碳13核磁共振(13C-CP/MAS NMR)研究表明,棕腐酸和黑腐酸的分子核主要是由芳香环构成,黑腐酸的芳香碳原子含量是棕腐酸的2倍,黑腐酸的芳构化程度高于棕腐酸。在芳环的周围有脂肪侧链,棕腐酸在芳环中约有50%的碳原子被取代基取代,且取代基脂肪侧链主要由直链烷基构成,在较长的烷基侧链上含有氧原子,以甲氧基或醚的形式存在。棕腐酸中脂肪碳含量明显高于黑腐酸。黑腐酸中脂肪碳的一部分很可能以环状形式存在,环中可能含有氧或者氮,芳核中约有1/3碳上的氢被取代,环上还有少量的酚羟基或者甲氧基。两种腐植酸的芳环上都有一部分的羧基,棕腐酸的含量是黑腐酸的四倍。  通过对两种腐植酸荧光性质的测定表明,两种腐植酸都有荧光性,但荧光强度有所不同,且荧光强度随pH和溶液浓度的不同有所不同。  运用热重和质谱联用研究了两种腐植酸的热分解和低分子气体逸出情况,结果表明:棕腐酸对热解温度较为敏感,棕腐酸含有较多的不稳定羧基,而且优先分解。脂肪侧链(包括长链和短链)和含氧官能团也比黑腐酸多,但芳香度低于黑腐酸。还研究了腐植酸甲烷等温吸附与表面结构的关系,分析了不同的表面含氧官能团对甲烷吸附的影响,得到了芳环、侧链对甲烷吸附的影响。  本文通过以上研究详细说明了风化煤中棕腐酸和黑腐酸的结构及其差异,将对风化煤的开发与利用及腐植酸的推广与应用提供一定的理论依据。
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