新疆哈密褐煤氧化解聚研究

莫海燕，李 萱

（巴音郭楞職業技術學院，新疆庫爾勒 841000）

褐煤是一種煤化程度較低的煤種，在我國分布范圍廣，儲量大。以往褐煤大多被直接燃燒或者作為發電的燃料，污染大且利用率不高。利用褐煤煤化程度較低，水分含量大，揮發分含量高的特點，以褐煤為原料，通過氧化反應可以得到脂肪酸、芳香羧酸及腐殖酸肥料等產品，這些有機酸在實際生產及煤炭的加工利用中均具有重要意義[1-4]。本文以新疆哈密地區褐煤資源為原料，利用煤的氧化技術，在一定的溫度下破壞褐煤的分子結構，進而獲得高附加值的產物，通過實驗得出反應溫度在80℃，為煤炭高效、清潔和高附加值轉化利用的新工藝提供重要的科學依據和關鍵的技術支撐。

1 實驗部分

實驗選用煤樣為新疆哈密褐煤，用密封式快速粉碎制樣機將哈密褐煤樣品進行粉碎，然后過200目篩，在105℃下干燥2h后待用。

在使用Fenton試劑作為催化劑氧化煤的研究中，影響氧化速率、產率的因素很多，主要因素有Fenton試劑配比、反應溫度、反應時間及pH等。本實驗考察以上因素對氧化反應的影響。

2 結果與討論

2.1 反應溫度對氧化反應的影響

為了研究反應溫度對反應的影響，當Fenton試劑（Fe2+/H2O2）配比（質量比）為1/25、反應時間定為6h及pH等于3的條件下，改變反應溫度進行實驗。結果如表1、圖1所示。

表1 不同反應溫度下的實驗結果

圖1是反應溫度與水溶性產物產率的變化關系圖，水溶性產物的產率隨反應溫度的升高而增加，在溫度為80℃時達到最大值，為27.8%；堿溶性產物的產率隨著反應溫度的升高有微小的增加而后又減小的趨勢；殘煤產率隨溫度的升高而不斷減少。可能是隨著溫度的增加過氧化氫分解速度加快，從表1中可看出產生的氣體是最多的。表1中氧化殘煤比未氧化前煤樣質量還多，可能是因為加入的催化劑硫酸亞鐵進入了煤結構空隙中，沒被處理出來。

圖1 反應溫度對氧化產物產率的影響

2.2 pH對氧化反應的影響

為了研究pH的變化對反應的影響，由上面結論，溫度定為80℃，Fenton試劑（Fe2+/H2O2）配比（質量比）為1/25、反應時間定為6h的條件下，改變pH進行實驗。結果如表2所示。

表2 不同PH下的實驗結果

圖2是pH與氧化產物產率的變化關系圖。pH為4.5時水溶產率最高，為28.3%，pH為4.5時堿溶產率最高，為13.1%，殘煤產率在pH為4.5時達到最小，為56.8%。

圖2 PH對氧化產物產率的影響

2.3 Fenton試劑配比對氧化反應的影響

為了研究Fenton試劑配比對反應的影響，由上面結論，溫度定為80℃，pH定為4.5，反應時間定為6h的條件下，改變Fenton試劑（Fe2+/H2O2）配比（質量比）進行實驗。結果如表3和圖3所示。

表3 不同Fe2+/H2O2配比下的實驗結果

圖3 Fenton試劑配比對氧化產物產率的影響

圖3可以看出，水溶,產率隨著Fenton試劑的不同配比先降低后升高；堿溶產率隨著Fenton試劑的不同配比先降低后升高；殘煤產率隨Fenton試劑配比增加而不斷增加。

2.4 反應時間對氧化反應的影響

為了研究反應時間對反應的影響，由上面結論，確定反應溫度80℃，Fenton試劑（Fe2+/H2O2）配比（質量比）為1/10及pH等于4.5條件下，改變反應時間進行實驗。結果如表4所示。

表4 不同反應時間下的實驗結果

圖4是反應時間對氧化產物產率的影響，從圖4可以看出，水溶性產物的產率隨著時間的增加而減少；氧化時間為3h水溶性產物產率是最高的，為28.5%，堿溶性產物產率隨著時間的增加先增加再減少，在氧化時間為9h達到最高，為23.0%，殘煤產率隨氧化時間增長不斷減少。可能是隨著氧化時間的增長，煤中一些芳香結構遭到破壞，整個煤結構被破壞，形成小分子物質，又繼續被氧化成為氣體。使得堿溶性產物先增加后減少。

圖4 反應時間對氧化產物產率的影響

3 結論

以30% H2O2溶液為氧化劑，硫酸亞鐵為催化劑，在不同的操作條件下對哈密褐煤進行了氧化處理，得出以下結論：

1）在反應時間、Fenton試劑（Fe2+/H2O2）配比、pH固定的條件下，反應隨著溫度的升高得到的水溶產率也增加，在80℃時的最大產率是27.8%，溫度在40℃時得到堿溶性產物的產率最大，為9.2%。

2）在反應時間、反應溫度、Fenton試劑（Fe2+/H2O2）配比固定的條件下，隨著pH的升高水溶性產物產率、堿溶性產物產率都先增加后減少，在pH為4.5時，都達到了最大值，分別為28.3%，13.1%。

3）在反應時間、反應溫度、pH固定的條件下，隨Fenton試劑配比的增加水溶性產物產率、堿溶性產物產率出現先減少再增加的趨勢，在比例為1/10時出現最大產率，分別為25.7%和19.1%。

4）反應溫度、Fenton試劑（Fe2+/H2O2）配比、pH固定的條件下，隨時間的增加，水溶性產物產率減少，堿溶性產物產率先增加再減少。