煤沥青中芳环结构的表征及其氧化降解制备苯多酸

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煤沥青是一种宝贵的重质碳资源，在我国其产能过剩，利用率低。芳环结构是煤沥青主要组成部分，对其性质和用途有重要影响，因此从分子水平深入研究煤沥青中芳环结构的组成和分布是实现煤沥青高效利用的基础。本文以大土河煤沥青（DCTP）和金尧煤沥青（JCTP）为样品，首先通过现代分析仪器直接对DCTP和JCTP进行表征，结果表明煤沥青的碳骨架主要是由芳碳构成，芳碳的比例高达95%左右，芳环结构单元的平均芳环数接近于 5。在煤沥青的微晶结构中，JCTP的芳香层片比DCTP的多一层，表明JCTP的芳环微晶结构更加显著。煤沥青中氮原子的形态以吡啶氮、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、芳硫和亚砜形态存在，芳硫的含量最高。煤沥青钌离子催化氧化（RICO）的结果表明煤沥青中的芳环结构主要以致密型存在，同时存在少量的联苯型芳烃，而带烷基侧链和亚甲基桥键的芳环结构含量较少。采用“可分离-选择性破坏”分析手段深入探究煤沥青中的芳环结构特征。依次采用甲醇、环己烷和甲苯对煤沥青进行逐级萃取，将样品分成三个可溶组分（E1-E3）和最终的难溶组分（RCTP），采用气相色谱-质谱联用仪（GC/MS）等分析仪器全面解析E1-E3中芳环的组成和分布特征，结果表明 E1-E3中 GC/MS 可检测的化合物主要有芳烃和少量的含杂原子芳香族化合物。芳烃中以缩合芳烃为主，芳烃的环数从2-7，存在少量以桥键连接芳烃的环烷基芳环结构和少量带脂肪侧链的芳环结构，其中侧链大多为甲基。含杂原子芳香族化合物主以苯并呋喃类、苯并喹啉类、苯并吡啶类和苯并噻吩类化合物存在。DCTP和JCTP可溶组分中EPA优先监控的16种多环芳烃（PAHs）的总含量分别为110.79 mg/g和135.08 mg/g，其中DCTP的环己烷可溶物（DE2）中16种PAHs高达72.07 mg/g，因此，可以选择一定的手段从DE2中分离16种PAHs。对分级萃取后剩余的RCTP采用（RICO）法选择性降解为可分析的小分子，通过检测这些小分子来反推 RCTP中芳环结构的特征。结果表明DCTP的难溶残渣（DRCTP）和JCTP的难溶残渣（JRCTP）分别是由以芳烃蒄和芳烃苯并[ghi]苝为结构单元相互连接而成的大分子芳环结构。煤沥青富含大分子芳环结构，氧化降解所得可溶酸中主要以苯多酸（BCAs）为主。本文对煤沥青进行空气预氧化或溶剂萃取预处理，旨在提高煤沥青碱/O2氧化过程中的收率，探索一种从煤沥青中获取高附加值BCAs的可行性方法。通过对DCTP预处理后，碱/O2氧化失重率提高20.06%，BCAs的总收率提高了5.84%，苯六甲酸和苯五甲酸的选择性分别提高了2.73%和1.99%，表明可以通过对DCTP先甲醇萃取再空气预氧化处理后的残渣作为氧化底物进行氧化解聚来获取高附加值BCAs。

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作者
牛泽世;
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作者单位

太原理工大学;

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授予单位太原理工大学;
学科化学
授予学位硕士
导师姓名申峻,王玉高;
年度 2018
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类石油、天然气加工工业;基本有机化学工业;
关键词
煤沥青; 芳环结构; 表征; 氧化降解制备;

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