重质油分子结构及芳香特性研究

论文摘要

激光解吸电离—质谱技术（LDI-MS）能够准确、快速、方便直观地测定渣油的组分分子量分布。本文运用LDI-MS技术结合核磁共振氢谱测试了加氢反应前后轮古渣油各组分平均分子量和相关结构参数,如碳氢比、芳香度、芳香环数等,以此来认识加氢反应对轮古常压渣油组分结构变化的影响。实验结果表明,LDI-MS能有效地解吸并电离渣油分子,各组分质谱未检测到二聚体,说明没有发生分子重聚现象。轮古渣油加氢反应后,碳氢比减小,芳香环侧链断裂,各组分明显轻质化。为了研究重质油分子芳香性强弱分布,本文采用密度泛函方法优化了聚并苯衍生物体系Acen（eA1-A4）、Phenacene（P3-P4）及Helicene（H4）和周萘不同位置单取代衍生物的结构。在结构优化基础上,依据芳香性理论判据简谐振子模型（HOMA）、核独立化学位移（NICS）、对位原子离域（PDI）对所选体系的芳香性进行表征,并对聚并苯衍生物体系内外环芳香性的分布及其原因和周萘衍生物取代环和未取代环的芳香性进行了深入分析。对上述三种芳香性判据间的相关性以及前线轨道能量差（HOMO-LUMO GAP）与芳香性关系进行了分析。期望通过研究重质油分子结构及其芳香性,从理论上对轮古常压渣油加工和利用提供指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 引言
• 1.2 重质油结构分析方法
• 1.2.1 化学降解法
• 1.2.2 近代物理分析法
• 1.3 重质油有机分子理论研究
• 1.4 本文的研究工作
• 第二章 实验方法和重质油分子芳香性理论基础
• 2.1 实验方法
• 2.1.1 激光解吸电离-飞行时间质谱原理
• 2.1.2 核磁共振波谱原理
• 2.2 理论方法
• 2.2.1 密度泛函理论
• 2.2.2 B3LYP 方法
• 2.2.3 前线轨道理论
• 2.3 重质油分子芳香性判据
• 2.3.1 芳香性简谐振子模型
• 2.3.2 核独立化学位移
• 2.3.3 对位原子离域指数
• 第三章 重质油加氢反应机理的实验研究
• 3.1 引言
• 3.2 轮古常压渣油样品测试实验
• 3.2.1 轮古渣油加氢反应及四组分（SARA）分离
• 3.2.2 渣油的激光解吸电离—质谱测试
• 3.2.3 渣油的核磁共振氢谱测试
• 3.2.4 数据处理方法
• 3.3 结果和讨论
• 3.3.1 轮古常压渣油SARA 组分的平均分子结构
• 3.3.2 加氢反应对轮古常渣油SARA 组分平均分子结构影响
• 3.3.3 轮古常压渣油胶质加氢反应结构变化规律
• 3.3.4 轮古常压渣油沥青质加氢反应结构变化规律
• 3.4 结论
• 第四章 聚并苯衍生物芳香性的理论研究
• 4.1 引言
• 4.2 计算方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 对位原子离域指数
• 4.3.2 芳香性简谐振子模型
• 4.3.3 核独立化学位移
• 4.3.4 聚并苯衍生物芳香性指数间关系
• 4.3.5 聚并苯衍生物化学动力稳定性与其芳香性的关系
• 4.4 结论
• 第五章 周萘衍生物芳香性的理论研究
• 5.1 引言
• 5.2 计算方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 开壳层和闭壳层X位置周萘取代衍生物的芳香性
• 5.3.2 闭壳层和开壳层的Y位置取代周萘衍生物的芳香性
• 5.4 结论
• 总结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢