不同溶劑對寧夏不同煤階煤萃取效果研究

周繼梅，曹江平，萬 婷

（寧夏師范學(xué)院，寧夏固原 756000)

不同溶劑對寧夏不同煤階煤萃取效果研究

周繼梅，曹江平，萬 婷

（寧夏師范學(xué)院，寧夏固原 756000)

煤的溶劑萃取，尤其是溫和條件下的溶劑萃取是研究煤的大分子結(jié)構(gòu)和組成的非常有效的方法。根據(jù)寧夏煤種的特點，針對性地選取了汝箕溝煤和固原王洼的煤樣為研究對象，分別以CS2、四氫呋喃、丙酮、乙二胺及其中兩種溶劑的復(fù)合溶劑為萃取劑對兩種煤樣進(jìn)行了常壓沸點下的索氏萃取，研究時間和溶劑配比對萃取率的影響，選取最佳萃取條件。通過對原煤、萃取殘渣和的紅外對比分析表明，萃取后殘渣中含有的脂肪烴和脂環(huán)烴的量明顯減少，而礦物質(zhì)很多都還保留在殘渣中。

寧夏煤；復(fù)合溶劑；溶劑萃取

寧夏煤炭資源分布廣泛、儲量豐富、煤種齊全。但有80%都用于直接燃燒，直接燃燒不僅煤的利用率很低而且所釋放出來的煙塵、SO2、NO2等引起環(huán)境污染[1-3]。煤的溶劑萃取，因為反應(yīng)的條件比較溫和，所以發(fā)生的主要是物理反應(yīng)，萃取物能比較真實地反映煤的結(jié)構(gòu)，所以一直以來煤的溶劑萃取是一種研究煤的組成結(jié)構(gòu)必要而有效的方法[3]。另一方面，因為煤中含有豐富的脂肪烴和芳香烴類化合物，煤的溶劑萃取物中可以大量分離出芳香類，脂肪類單體，進(jìn)而合成各種高附加值的燃料、化學(xué)品等。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

實驗所用主要儀器包括：南昌化驗制樣機(jī)廠生產(chǎn)的馬弗爐，北京科偉永興儀器有限公司生產(chǎn)的索氏提取器，瑞士Büchi公司生產(chǎn)的R-134型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，美國 Nicolet M agna公司生產(chǎn)的 IR-560 型傅里葉變換紅外光譜儀，德國Startrius公司生產(chǎn)的 BP110S型電子天平，美國惠普公司生產(chǎn)的 HP 6890/5793 氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC/M S）。實驗所用溶劑二硫化碳、四氫呋喃、丙酮和乙二胺均為市售分析純，直接使用。

1.2 樣品的制備

將兩種煤樣品粉碎至200目，并在 100℃真空干燥箱中干燥4 h，然后在真空干燥箱中保持真空狀態(tài)冷卻至室溫，取出放到干燥器內(nèi)保存?zhèn)溆谩Ｈ昊厦汉屯跬菝簶悠返墓I(yè)分析和元素分析數(shù)據(jù)見表1。

表1 實驗用三種煤樣的工業(yè)分析和元素分析

1.3 實驗方法

準(zhǔn)確稱取3g煤樣。用濾紙裝樣后，裝入到索氏提取器內(nèi)。以 70mL溶劑作為萃取劑于索氏提取器的圓底燒瓶中，安裝好索氏提取器裝置，加熱回流3h。實驗所用的溶劑有CS2、THF、丙酮、乙二胺、丙酮—乙二胺復(fù)合溶劑、CS2-四氫呋喃復(fù)合溶劑。將萃取殘渣用丙酮洗滌三次用漏斗進(jìn)行過濾，然后放入真空恒溫干燥箱，于100～110℃恒溫干燥2h至恒重，稱量殘渣重量。

萃取率的計算公式如下：

采用Nicolet Nexus 670型傅里葉變換紅外光譜儀對煤樣和萃取殘渣用FTIR進(jìn)行分析，溴化鉀壓片，掃描波數(shù)范圍為400～4 000cm-1，掃描線數(shù)為32次，分辨率為4cm-1。

用 GC/MS對各餾分進(jìn)行定性分析，將所得化合物譜圖與N IST05標(biāo)準(zhǔn)譜圖庫進(jìn)行計算機(jī)檢索對照，根據(jù)置信度或相似度確定化合物的結(jié)構(gòu)；譜圖庫難于確定的化合物則依據(jù) EI源質(zhì)譜碎裂規(guī)則，結(jié)合 GC保留時間、主要離子峰、特征離子峰和分子量等并參照文獻(xiàn)進(jìn)行解析。

2 結(jié)果與討論

基于干燥無灰基計算所得的樣品的各次萃取率如表2所示。結(jié)果表明，CS2、CS2與THF的復(fù)合溶劑對汝箕溝煤的萃取率較高，乙二胺、丙酮與乙二胺的復(fù)合溶劑對王洼煤的萃取率較高。選用的汝箕溝煤為無煙煤，煤階低乙二胺是含氮的供電子能力較強(qiáng)的溶劑，現(xiàn)溶劑與煤分子發(fā)生了很強(qiáng)的化學(xué)作用。隨著煤級的增高，芳香化程度加強(qiáng)，芳香層片結(jié)構(gòu)趨于緊密。CS2具有強(qiáng)滲透性，能夠深入很小的微孔，使得萃取率增加，而THF極性大，煤中該溶劑的可萃取組分較多。

表2 兩種煤在不同溶劑中的萃取率

汝箕溝煤、固原王洼煤的原煤、及其以不同溶劑萃取后萃取殘渣的紅外光圖如圖1。隨著萃取的逐漸深入 3 421 cm-1處的吸收峰強(qiáng)度先減弱后增強(qiáng)，說明 F1′～F5′中的羥基含量先減少后增加；在919cm-1、2 847、1 372、1 705cm-1處的吸收峰表明萃取物中可能含有環(huán)庚酮或含有其結(jié)構(gòu)的其他化合物；1 598cm-1的吸收峰強(qiáng)度亦先減弱后增強(qiáng)，F(xiàn)4′的FTIR的譜圖中此處的吸收峰強(qiáng)度最弱；1 372、1 439和1 460cm-1為 —CH3和—CH2—的彎曲振動吸收峰；1 183cm-1處呈現(xiàn)酚、醇、醚和酯的C—O鍵吸收峰；942、876、840、804、753和671cm-1為芳環(huán)上氫的彎曲振動吸收。由此可以看出，萃取物中含有脂肪族、芳香族和含雜原子化合物。

圖1 汝箕溝原煤及不同溶劑萃取后殘渣的FTIR譜圖

圖2 固原王洼原煤及不同溶劑萃取后殘渣的FTIR譜圖

殘煤中反映芳環(huán)結(jié)構(gòu)的1 600、815、750cm-1處的特征吸收峰，反映礦物質(zhì)的910～1 900cm-1，540和470cm-1處的特征吸收峰顯著加強(qiáng)。而反映脂肪結(jié)構(gòu)的2 925、2 860、1 450cm-1處的特征吸收峰減弱，抽提物中反映脂肪結(jié)構(gòu)的2 925、2 860、1 450cm-1處的[21]特征吸收峰明顯增強(qiáng)，表明殘煤主要富集的是含芳環(huán)結(jié)構(gòu)的成分和礦物質(zhì)，而脂肪族成分主要富集在抽提物中。這表明抽提物中含有較多的脂肪結(jié)構(gòu)。在1 700cm-1處原煤沒有峰，而抽提物有明顯的峰，這個羰基吸收峰應(yīng)該是溶劑的殘留。

3 結(jié)語

通過對寧夏兩種煤的不同溶劑抽提研究，溶劑的性質(zhì)劑電子受-授力進(jìn)行分類之后可對溶劑萃取機(jī)理概括如下：煤中存在電子接受鍵，將大分子網(wǎng)絡(luò)和可抽提的有機(jī)質(zhì)連在一起；溶劑抽提實質(zhì)是一取代反應(yīng)，可抽提的有機(jī)質(zhì)被溶劑分子從電子接受鍵上取代下來；溶劑取代能力取決于電子授體和電子受體的數(shù)目。

[1] 葉翠平，馮杰，謝克昌.煤的溶劑抽提與抽提物性的研究[J].煤化，2002，25（3）：1-5.

[2] 張雙全.煤化學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2004.

[3] 鐘蘊(yùn)英，關(guān)夢嬪，崔開仁，等.煤化學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1988.

Extraction Effect of Different Solvents on Different Coal-rank Coal in Ningxia

Zhou Ji-mei，Cao Jiang-ping，Wan Ting

Extraction the coal by solvent，especially under mild conditions，is a necessary and effective means to study the composition and structure of coal.In this paper，according to the characteristics of Ningxia coal，the coal samples of Pingluo coal，Rujia ditch coal and Guyuan Wangwa were selected as the object of study.The samples were composed of CS2，tetrahydrofuran，acetone，ethylenediamine and two kinds of solvents Solvent extraction agent for two kinds of coal samples under the atmospheric boiling point of Soxhlet extraction，the study time and solvent ratio on the extraction rate，select the best extraction conditions.The results show that the content of aliphatic and alicyclic hydrocarbons in the residue is reduced and the minerals are retained in the residue after extraction.

ningxia coal；complex solvent；solvent extraction

TD94

A

1003–6490（2017）11–0022–02

2017–09–08

周繼梅（1987—），女，寧夏同心人，助教，主要研究方向為有機(jī)合成，催化化學(xué)。