等密度分離法中溶劑對煤結構的影響

朱運德

（運城學院 應用化學系，山西 運城 044000）

等密度分離法中溶劑對煤結構的影響

朱運德

（運城學院 應用化學系，山西 運城 044000）

使用傅里葉紅外和顯微傅里葉紅外對神東原煤及神東顯微組分鏡質組進行了測試研究，考察了使用等密度分離法分離顯微組分時，溶劑對煤結構的影響。

傅里葉紅外；顯微傅里葉紅外；煤結構

引言

在煤結構的研究過程中，紅外光譜因其快速、易測被廣泛應用[1-7]。紅外光譜的特點是對結構中的官能團反映十分靈敏，傅立葉紅外（FTIR）的誕生使得紅外對煤這類高度復雜的混合物測定時，對數據的可處理性有了極大的提高，因而在對煤及其衍生物結構的研究中有了廣泛的應用[8-10]。但正是因為煤結構的復雜性，要獲得較好的紅外譜圖，對提供測試的煤樣和測試條件具有嚴格的要求，比如煤樣的干燥性、煤樣粉碎的粒度、煤顯微組分的純度等等，測試條件的差異很難對不同煤樣的紅外譜圖進行歸一化處理。特別是研究者為了獲得較高純度的煤顯微組分，一般都使用等密度分離法[11]來分離煤顯微組分，把原煤粉碎到200目以下，在由幾種溶劑配制而成的密度液中攪拌、靜置分層。在這一過程中，因為煤樣和溶劑的相互作用，溶劑會對原煤結構進行破壞并會發生萃取現象。溶劑對原煤結構的破壞及萃取是必然發生的，但是否影響使用紅外光譜對原煤結構的研究，在目前的文獻中少有報道。鑒于此，本文選擇了神東煤，使用等密度分離法從原煤中分離出神東鏡質組和神東惰質組，對鏡質組使用傅里葉紅外光譜儀進行測試，同時對神東原煤使用顯微傅里葉紅外光譜儀對鏡質組分區進行測試，對比分析兩種紅外譜圖，根據譜圖來說明在顯微組分的分離過程中，溶劑對煤結構及官能團的影響。

1 實驗

1.1 煤樣

實驗所用神東煤樣采自神東礦區上灣露天礦22#煤層。用等密度梯度離心分離法對神東原煤進行有機顯微組分組純化分離富集（本實驗使用C6H6和CCl4配置比重液），獲得神東鏡質組、神東惰質組。煤樣的粒度≤74 um，在真空干燥箱中于383 K下保持過夜，存于真空干燥器中供測試使用。

1.2 紅外光譜分析

傅里葉紅外光譜測試使用KBr壓片法，煤樣與干燥后的KBr按1:180放入瑪瑙研缽，在紅外燈的照射下研磨使之充分混合。紅外分析采用Bio-Rad FTS165傅立葉紅外光譜儀。波數范圍從400～4000 cm-1，分辨率為2 cm-1，樣品掃描32次。

顯微傅里葉紅外光譜測試實驗所用儀器是Nicolet 750顯微傅立葉紅外光譜儀，安裝有NTC PLAN顯微鏡。首先將神東煤樣制成粉煤光片，在顯微傅立葉紅外光譜儀的顯微鏡下選擇鏡質體目標區。將所選擇的顯微組分進行剝離后對其進行透射式紅外測定。波數范圍從650～4000 cm-1，分辨率為8 cm-1，樣品掃描256次。

圖1是光譜圖。

2 結果與討論

圖1 煤樣的紅外光譜圖Figure1.FTIR Absorbance spectra ofmecreal and coal in the range of 400-4000cm-1

從圖1可以看出，煤樣的紅外峰區基本上分為四個：560～900 cm-1區、1300～1700 cm-1區、2700～2950 cm-1區和 3000～3600 cm-1區。560～900 cm-1區主要為芳環多位取代區，顯微紅外譜圖要比紅外譜圖略顯尖銳，沒有明顯的區別，這表明原煤中鏡質組的芳香邊緣結構和分離富集后的鏡質組芳香邊緣結構在取代形式上基本相同；富集后的鏡質組因與溶劑有反應，芳香邊緣取代的少部分官能團有脫落，取代形式較原煤中鏡質組為多，峰型略顯尖銳。720 cm-1附近吸收峰為（-CH2-）n（n≥4）長鏈烷烴的骨架振動，兩種譜圖均沒有顯現，說明鏡質組邊緣的環結構并沒有因為溶劑的原因，而發生開環；1300～1700 cm-1區主要為苯環上C=C的吸收、C=C參與其他不飽和基團和孤對電子的共軛作用的吸收、與C=O有關的吸收和芳環與多元芳環的C=C振動吸收。從圖1中可以看出，在該區間的吸收峰無論從峰型還是峰位均一致，說明這些吸收是一類型吸收，在結構上基本沒有區別；2700～2950 cm-1區是煤結構中脂氫的吸收振動區，峰型和峰位仍保持一致，說明脂氫結構在溶劑作用下沒有發生結構變化；而3000～3600 cm-1區為芳氫結構和氫鍵結構區，芳氫的吸收峰大約在3050 cm-1附近，為弱吸收，從圖1看，傅里葉紅外和顯微傅里葉紅外的譜圖基本相似，沒有區別，說明分離富集使用的溶劑對芳氫結構沒有影響；3000～3600 cm-1處出現的一寬峰是煤結構中羥基以氫鍵形式出現的一種具體表現，其中包含羥基-π氫鍵、羥基-N氫鍵、羥基自締合氫鍵和羥基環狀多聚體氫鍵。兩種譜圖對比發現，這一寬峰的峰型不一樣，最高峰出現的峰位不一樣，說明包含的四種羥基氫鍵的含量不一樣。也即分離富集使用的溶劑對煤結構中氫鍵的種類沒有影響，但對不同類型羥基氫鍵的含量有影響，即原煤與溶劑相互作用后，因為萃取作用的發生，影響到了煤結構中的羥基氫鍵。

3 結論

配置比重液使用的溶劑具有較小的極性，不足以破壞煤的主體結構，但因萃取現象的發生，影響煤結構中不同氫鍵的含量。

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O69

A

1673-2014（2011）02-0046-02

2011—01—05

朱運德（1962— ），男，天津人，講師，主要從事有機化學研究。

（責任編輯 王璟琳）