神府3-1煤光氧化反应性及产物组成和结构研究

论文摘要

煤炭作为一种宝贵的不可再生资源,应大力强化其在非能源领域（如精细化学品）应用的新理论与新技术的开发研究,使煤的结构特点和潜在优势（如富含缩合芳环、杂环,以及诸如萜类和蒎类生物活性化合物等）得到充分有效利用,这对于节约资源、资源的高附加值利用和减少环境污染具有重要意义。本文以神府煤为研究对象,通过光催化氧化方法研究煤及其不同煤岩组分的光催化氧化反应性,为煤经光催化氧化方法制备精细化学品提供理论依据及基础数据。本文系统研究了光催化氧化工艺条件对神府煤光催化氧化过程腐植酸产率的影响。结果表明:煤样的粒度越小,其光催化氧化反应性越高;煤中矿物质具有光催化氧化催化作用,脱除矿物质,煤的光催化氧化反应性降低;FeCl3对神府煤的光催化氧化过程具有催化作用。同时发现:煤光催化氧化形成腐植酸的过程表现为腐植酸生成与分解的竞争反应。腐植酸分解速率较大时会导致其含量下降。而当腐植酸生形成速率较大时,腐植酸含量呈现增加趋势。通过手选分离得到了神府镜煤（SFJM）和神府丝炭（SFST）,采用光催化氧化、FTIR分析、梯级溶剂抽提、GC/MS和SEM等方法和分析手段研究了不同煤岩组分的光催化氧化反应性。结果表明不同煤岩组分光催化氧化反应活性不同。光催化氧化后不同煤岩组分氧含量高低总体表现为:神府原煤>神府镜煤>神府丝炭;游离腐植酸的产率表现了相似的变化规律,游离腐植酸主要富集在SFJM中。说明神府原煤中的丝炭对镜煤的光催化氧化形成游离腐植酸具有一定催化作用。进一步研究发现:在光催化氧化过程中,煤中氢键类型及分布发生了明显变化。光催化氧化后,羟基自缔合氢键、羟基-π键氢键显著增加,而羟基和N原子形成的氢键、成环状紧密缔合的羟基形成的氢键、羟基-醚氧氢键、游离羟基氢键显著降低。煤中苯环上的CH键也参与了氧化反应。光催化氧化有利于选择性分解煤中芳环结构单元,同时光催化氧化过程中支链烷烃及萜类衍生物也易于氧化分解。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 煤光催化氧化研究进展
• 1.2.1 煤的低温氧化
• 1.2.2 低温氧化机理
• 1.2.3 煤的光催化氧化
• 1.2.4 腐植酸及其应用
• 1.3 研究内容和技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 2 工艺条件对神府煤光催化氧化腐植酸产率及结构的影响
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 原料和试剂
• 2.1.2 实验仪器与设备
• 2.1.3 神府煤的光催化氧化实验
• 2.2 光催化氧化产物的分析与表征
• 2.2.1 元素分析
• 2.2.2 腐植酸产率测定
• 2.2.3 红外光谱表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 光催化氧化条件对神府煤腐植酸产率的影响
• 2.3.2 光催化氧化产物的结构分析
• 2.4 小结
• 3 脱除矿物质对神府煤光催化氧化产物组成的影响
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 原料和试剂
• 3.1.2 实验仪器与设备
• 3.1.3 脱矿物质煤样的光催化氧化实验
• 3.1.4 脱矿物质煤样及其光催化氧化煤的溶剂抽提
• 3.1.5 组成结构表征
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 光催化氧化时间对腐植酸产率的影响
• 3.2.2 MFYM320 不同光催化氧化产物的组成结构
• 3.2.3 MFYM320 及其光催化氧化12h 产物丙酮/四氢呋喃抽提残渣表面形貌
• 3.3 小结
• 4 神府煤不同煤岩组分光催化氧化过程的研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 原料和试剂
• 4.1.2 实验仪器与设备
• 4.1.3 神府煤不同煤岩组分的光催化氧化实验
• 4.1.4 神府煤不同煤岩组分溶剂抽提
• 4.1.5 组成结构表征
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 神府煤不同煤岩组分光催化氧化反应性
• 4.2.2 神府煤不同煤岩组分光催化氧化产物官能团结构分析
• 4.2.3 光催化氧化神府煤不同煤岩组分溶剂抽提物的结构
• 4.2.4 神府煤不同煤岩组分丙酮/四氢呋喃二级抽提残渣形貌分析
• 4.3 小结
• 5 结论
• 5.1 研究结论
• 5.2 后续工作设想
• 致谢
• 参考文献