等密度分离法中溶剂对煤结构的影响

２０１１年４月　第２８卷第２期　长治学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈａｎｇｚｈｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ａｐｒ．，２０１１　Ｖｏ１．２８．Ｎｏ．２　等密度分离法中溶剂对煤结构的影响　朱运德　（运域学院应用化学系，山西运城０４４０００）　摘要：使用傅里叶红外和显微傅里叶红外对神东原煤及神东显微组分镜质组进行了测试研究，考察了　使用等密度分离法分离显微组分时，溶剂对煤结构的影响。　关键词：傅里叶红外；显微傅里叶红外；煤结构　中图分类号：０６９　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—２０１４【２０１　１）０２—００４６—０２　引言　１　实验　１煤样　在煤结构的研究过程中，红外光谱因其快速、　１．易测被广泛应用＿ｌ－７】。红外光谱的特点是对结构中　实验所用神东煤样采自神东矿区上湾露天矿　的官能团反映十分灵敏，傅立叶红外（ＰＩ＇ＩＲ）的诞生　２　煤层。用等密度梯度离心分离法对神东原煤进行　使得红外对煤这类高度复杂的混合物测定时，对　有机显微组分组纯化分离富集（本实验使用Ｃａ－ｌ，　数据的可处理性有了极大的提高，因而在对煤及其　和ＣＣｈ配置比重液），获得神东镜质组、神东惰质组。　衍生物结构的研究中有了广泛的应用　０］。但正是因　煤样的粒度≤７４　ｕｍ，在真空干燥箱中于３８３　Ｋ下保　存于真空干燥器中供测试使用。　为煤结构的复杂性，要获得较好的红外谱图，对提　持过夜，供测试的煤样和测试条件具有严格的要求，比如煤　１．２红外光谱分析　样的干燥性、煤样粉碎的粒度、煤显微组分的纯度　傅里叶红外光谱测试使用ＫＢｒ压片法，煤样　等等，测试条件的差异很难对不同煤样的红外谱图　与干燥后的ＫＢｒ按ｌ：１８０放人玛瑙研钵，在红外灯　进行归一化处理。特别是研究者为了获得较高纯度　的照射下研磨使之充分混合。红外分析采用Ｂｉｏ—Ｒａｄ　的煤显微组分，一般都使用等密度分离法　来分离　ＦＴＳ１６５傅立叶红外光谱仪。波数范围从４００～４０００　煤显微组分，把原煤粉碎到２００目以下，在由几种　ｃｍ一，分辨率为２　ｅｍ～，样品扫描３２次。　显微傅里叶红外光谱测试实验所用仪器是　溶剂配制而成的密度液中搅拌、静置分层。在这一　ｃｏｌｅｔ　７５０显微傅立叶红外光谱仪，安装有ＮＴＣ　过程中，因为煤样和溶剂的相互作用，溶剂会对原　Ｎｉ煤结构进行破坏并会发生萃取现象。溶剂对原煤结　ＰＬＡＮ显微镜。首先将神东煤样制成粉煤光片，在显　构的破坏及萃取是必然发生的，但是否影响使用红　微傅立叶红外光谱仪的显微镜下选择镜质体目标　外光谱对原煤结构的研究，在目前的文献中少有报　区。将所选择的显微组分进行剥离后对其进行透射　道。鉴于此，本文选择了神东煤，使用等密度分离法　式红外测定。波数范围从６５０～４０００　ｃｍ～，分辨率为　从原煤中分离出神东镜质组和神东惰质组，对镜质　８　ｃｍ～，样品扫描２５６次。　组使用傅里叶红外光谱仪进行测试，同时对神东原　图１是光谱图。　煤使用显微傅里叶红外光谱仪对镜质组分区进行　２结果与讨论　测试，对比分析两种红外谱图，根据谱图来说明在　显微组分的分离过程中，溶剂对煤结构及官能团的　从图１可以看出，煤样的红外峰区基本上分为四　影响　个：５６０～９００　ｃｍ一区、１３００～１７００　ｃｍ　区、２７００～２９５０　ｅｍ　区和３０００～３６００　ｃｍ一区。５６０～９００　ＯＩＴＩ一区主要　收稿日期：２０１１．－０１＿＿０５　作者简介：朱运德（１９６２一・），男，天津人，讲师，主要从事有机化学研究。　４６・　ｕ盲目ｏ　０兽《　朱运德等密度分离法中溶剂对煤结构的影响　Ｗａｖｅｎｕｔｒｋ￣ｒ（ｃｒｎ＂　）　图１煤样的红外光谱图　Ｆｉｇｕｒｅ　１．　ｎＲ　Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ　ｓｐｅｃｔｒａ　ｏｆ　ｍｅｃｒｅａＩ　ａｎｄ　ｃｏａｌ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｒａｎｇｅ　ｏｆ　４００－４０００ｃｍ一１　为芳环多位取代区，显微红外谱图要比红外谱图略　显尖锐，没有明显的区别，这表明原煤中镜质组的　芳香边缘结构和分离富集后的镜质组芳香边缘结　构在取代形式上基本相同；富集后的镜质组因与　溶剂有反应，芳香边缘取代的少部分官能团有脱　落，取代形式较原煤中镜质组为多，峰型略显尖锐。　７２０　ｅｍ　附近吸收峰为（一ｃＨｒ）　ｎＩ＞４）长链烷烃的　骨架振动，两种谱图均没有显现，说明镜质组边缘　的环结构并没有因为溶剂的原因，而发生开环；　１３００～１７００　ｃｍ　区主要为苯环上Ｃ＝Ｃ的吸收、Ｃ＝Ｃ　参与其他不饱和基团和孤对电子的共轭作用的吸　收、与Ｃ＝０有关的吸收和芳环与多元芳环的Ｃ＝Ｃ　振动吸收。从图１中可以看出，在该区间的吸收峰　无论从峰型还是峰位均一致，说明这些吸收是一类　型吸收，在结构上基本没有区别；２７００～２９５０　ｃｍ　区　是煤结构中脂氢的吸收振动区，峰型和峰位仍保持　一致，说明脂氢结构在溶剂作用下没有发生结构变　化；而３０００～３６００　ｃｍ一区为芳氢结构和氢键结构区，　芳氢的吸收峰大约在３０５０　ｅｍ　附近，为弱吸收，从　图１看，傅里叶红外和显微傅里叶红外的谱图基本　相似，没有区别，说明分离富集使用的溶剂对芳氢　结构没有影响；３０００～３６００　ｃｍ　处出现的一宽峰是　煤结构中羟基以氢键形式出现的一种具体表现，其　中包含羟基一订氢键、羟基一Ｎ氢键、羟基自缔合　氢键和羟基环状多聚体氢键。两种谱图对比发现，　这一宽峰的峰型不一样，最高峰出现的峰位不一　样，说明包含的四种羟基氢键的含量不一样。也即　分离富集使用的溶剂对煤结构中氢键的种类没有　影响，但对不同类型羟基氢键的含量有影响，即原　煤与溶剂相互作用后，因为萃取作用的发生，影响　到了煤结构中的羟基氢键。　３结论　配置比重液使用的溶剂具有较小的极性，不足　以破坏煤的主体结构，但因萃取现象的发生，影响　煤结构中不同氢键的含量。　参考文献：　ｌ１ｊＭａｊｉｄ　Ａ．，Ｓｐａｒｋｓ　Ｂ．Ｄ．，Ｒｉｐｍｅｅｓｔｅｒ　Ｊ．Ａ．Ｃｈａｒ—　ａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｏｌｖｅｎｔ——ｉｎｓｏｌｕｂｌｅ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｍａｔｔｅｒ　ｉｓｏｌａｔｅｄ　ｆｒｏｍ　ｌａｂｅｒｔａ　ｏｉｌ　ｓｎａｄｓ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，１９９１，（７０）：　７８－８３．　［２］Ｃｏｏｋｅ　Ｎ．Ｅ．，Ｆｕｌｅｒ　Ｏ．Ｍ．，Ｇａｉｋｗａｄ　Ｒ．Ｐ．　ＦＴＩＲ．Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｃｏａｌｓ　ａｎｄ　ｃｏａｌ　ｅｘｔｒａｃｔｓ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，１９８６，（６５）：１２５４—１２６０．　１　３　ＪＧｉｖｅｎ　Ｐ．Ｈ．Ｔｈｅ　ｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｉｎ　ｃｏａｌｓ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｔＯ　ｃｏａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ【．Ｉ　Ｊ．Ｆｕｅｌ，１９６０，　（３９）：１４７—１５３．　１　４］Ｓｏｌｏｍｏｎ　Ｐ．Ｒ．，Ｃａｒａｎｇｅｌｏ　Ｒ．Ｍ．ＦＴＩＲ．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｃｏａｌ：２．Ａｌｉｐｈａｔｉｃ　ａｎｄ　ａｒｏｍａｔｉｃ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｃｏｎ—　ｃｅｎｔｒａｉｔｏｎ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，１９８８，（６７）：９４９－９５９．　１　５　ｊＳｏｂｋｏｗｉａｋ　Ｍ．，Ｒ＿ｉｅｓｓｅｒ　Ｂ．，Ｐａｉｎｔｅｒ　Ｐ．Ｃ．Ｄｅｔｅｒ－　ｕｒｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｒｏｍａｔｉｃ　ａｎｄ　ａｌｉｐｈａｔｉｃ　ＣＨ　ｇｒｏｕｐｓ　ｉｎ　ｃｏａｌ　ｂｙ　ＦＴＩＲ：１．Ｓｔｕｄｉｅｓ　ｏｆ　ｃｏａｌ　ｅｘｔｒａｃｔｓ　ｌＪ　Ｊ．　Ｆｕｅｌ，１９８４，（６３）：１２４５—１２５２．　［６］Ｓｏｂｋｏｗｉａｋ　Ｍ．，Ｐａｉｎｔｅｒ　Ｐ．Ｃ．Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｌｉｐｈａｔｉｃ　ａｎｄ　ａｒｏｍａｔｉｃ　ＣＨ　ｃｏｎｔｅｎｔｓ　ｏｆ　ｃｏａｌｓ　ｂｙ　ＦＴＩＲ：Ｓｔｕｄｉｅｓ　ｏｆｃｏａｌ　ｅｘｔｒａｃｔｓ［１］．Ｆｕｅｌ，１９９２，（７１）：　１１０５－１１２５．　［７］Ｒ＿ｉｅｓｓｅｒ　Ｂ．，Ｓｔａｒｓｉｎｉｃ　Ｍ．，Ｅ．Ｓｑｕｉｒｅｓ．Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｒｏｍａｔｉｃ　ａｎｄ　ａｌｉｐｈａｆｉｃ　ＣＨ　ｇｒｏｕｐｓ　ｉｎ　ｃｏａｌ　ｂｙ　ＦＴＩＲ：２．Ｓｔｕｄｉｅｓ　ｏｆ　ｃｏａｌｓ　ａｎｄ　ｖｉｔｒｉｎｉｔｅ　ｃｏｎｃｅｎ－　ｔｒａｔｅｓ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，１９８４，（６３）：１２５３—１２６１．　１８］Ｋｕｅｈｎ　Ｄ．Ｗ．，Ｓｎｙｄｅｒ　Ｒ．Ｗ．，Ｄａｖｉｓ　Ａ．Ｃｈａｒａｃ－　ｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆｖｉｔｒｉｎｉｔｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｓ．１．Ｆｏｕｒｉｅｒ　ｔｒａｎｓ—　ｆｏｒｍ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｓｔｕｄｉｅｓ毗Ｆｕｅｌ，１９８２，（６１）：６８２－６９４．　［９］舒新前，王祖纳，徐精求．神府煤煤岩组分的结　构特征及其差异［Ｊ］．燃料化学学报，１９９６，（２４）：　４２６－４３３．　［１０］朱学栋，朱子彬，韩崇家．煤中含氧官能团的红　外光谱定量分析［Ｊ］．燃料化学学报，１９９９，（２７）：　３３５－３３９．　【１１　ＪＤｙｒｋａｃｚ　Ｇ　Ｒ，Ｈｏｒｗｉｔｚ　Ｅ　Ｐ．Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏａｌ　ｍａｃｅｒｌａｓ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，１９８２，（６１）：３—１２．　（责任编辑王瑗琳）