【摘要】：煤瀝青是一種寶貴的重質碳資源,在我國其產能過剩,利用率低。芳環(huán)結構是煤瀝青主要組成部分,對其性質和用途有重要影響,因此從分子水平深入研究煤瀝青中芳環(huán)結構的組成和分布是實現(xiàn)煤瀝青高效利用的基礎。本文以大土河煤瀝青(DCTP)和金堯煤瀝青(JCTP)為樣品,首先通過現(xiàn)代分析儀器直接對DCTP和JCTP進行表征,結果表明煤瀝青的碳骨架主要是由芳碳構成,芳碳的比例高達95%左右,芳環(huán)結構單元的平均芳環(huán)數(shù)接近于5。在煤瀝青的微晶結構中,JCTP的芳香層片比DCTP的多一層,表明JCTP的芳環(huán)微晶結構更加顯著。煤瀝青中氮原子的形態(tài)以吡啶氮、氨基氮、吡咯氮、季氮和吡啶氧化物存在,其中吡啶氮和吡咯氮的含量最高;硫原子以脂肪硫、芳硫和亞砜形態(tài)存在,芳硫的含量最高。煤瀝青釕離子催化氧化(RICO)的結果表明煤瀝青中的芳環(huán)結構主要以致密型存在,同時存在少量的聯(lián)苯型芳烴,而帶烷基側鏈和亞甲基橋鍵的芳環(huán)結構含量較少。采用“可分離-選擇性破壞”分析手段深入探究煤瀝青中的芳環(huán)結構特征。依次采用甲醇、環(huán)己烷和甲苯對煤瀝青進行逐級萃取,將樣品分成三個可溶組分(E_1-E_3)和最終的難溶組分(R_(CTP)),采用氣相色譜-質譜聯(lián)用儀(GC/MS)等分析儀器全面解析E_1-E_3中芳環(huán)的組成和分布特征,結果表明E_1-E_3中GC/MS可檢測的化合物主要有芳烴和少量的含雜原子芳香族化合物。芳烴中以縮合芳烴為主,芳烴的環(huán)數(shù)從2-7,存在少量以橋鍵連接芳烴的環(huán)烷基芳環(huán)結構和少量帶脂肪側鏈的芳環(huán)結構,其中側鏈大多為甲基。含雜原子芳香族化合物主以苯并呋喃類、苯并喹啉類、苯并吡啶類和苯并噻吩類化合物存在。DCTP和JCTP可溶組分中EPA優(yōu)先監(jiān)控的16種多環(huán)芳烴(PAHs)的總含量分別為110.79 mg/g和135.08 mg/g,其中DCTP的環(huán)己烷可溶物(DE_2)中16種PAHs高達72.07 mg/g,因此,可以選擇一定的手段從DE_2中分離16種PAHs。對分級萃取后剩余的R_(CTP)采用(RICO)法選擇性降解為可分析的小分子,通過檢測這些小分子來反推R_(CTP)中芳環(huán)結構的特征。結果表明DCTP的難溶殘渣(DR_(CTP))和JCTP的難溶殘渣(JR_(CTP))分別是由以芳烴剟和芳烴苯并[ghi]傒為結構單元相互連接而成的大分子芳環(huán)結構。煤瀝青富含大分子芳環(huán)結構,氧化降解所得可溶酸中主要以苯多酸(BCAs)為主。本文對煤瀝青進行空氣預氧化或溶劑萃取預處理,旨在提高煤瀝青堿/O_2氧化過程中的收率,探索一種從煤瀝青中獲取高附加值BCAs的可行性方法。通過對DCTP預處理后,堿/O_2氧化失重率提高20.06%,BCAs的總收率提高了5.84%,苯六甲酸和苯五甲酸的選擇性分別提高了2.73%和1.99%,表明可以通過對DCTP先甲醇萃取再空氣預氧化處理后的殘渣作為氧化底物進行氧化解聚來獲取高附加值BCAs。
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ522.65;TQ245

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