摘要
煤炭是中国的主要能源，为国民经济发展提供了动力和化工基础原料。低价煤热值低、易自燃，但是其化学活性高、反应性强，煤分子结构中侧链较多，氢氧含量高，其富含大量缩合芳环，诸多含芳环化合物属于高附加值的有机化学品。从煤自身分子结构特征出发，探索从煤直接获取或定向转化为此类化学品，有得天独厚的优势，同时也具有挑战性。有效利用低阶煤，最大程度发挥其经济价值，对于转变中国西部地区低阶煤产区的煤炭资源优势为经济优势具有重要意义。 本文选用宁夏灵武(LW）煤作为研究对象，分别使用苯(PhH)、环己烷(CYH)、Ⅳ-甲基吡咯烷酮(NMP)、二硫化碳(CS2)、甲醇(MET)、丙酮(DMK)六种不同类型的有机溶剂在室温超声辅助作用下对LW煤进行单一溶剂、混合溶剂、梯级三种不同方式萃取。结合工业分析、元素分析、XRD、FTIR、GC/MS等多种现代分析技术，对LW煤、萃余残渣及其萃取物进行探究。 单一溶剂萃取研究表明:溶剂萃取产率遵循DMK＞MET＞CS2＞NMP＞CYH＞PhH的萃取规律，不同类型有机溶剂的萃取产率还以烃类、含氮硫类、醇类、酮类的次序递减。萃余残渣的红外光谱及其分峰拟合结果说明LW煤中含有较多的醇、醚、酯类官能团，有机溶剂可以强烈破坏LW煤的分子网络结构，使其含氧结构分裂裸露并让其变为小分子化合物，更多的含氧结构被萃取出来，反映出宁夏煤高氧的特性。萃取物的GC/MS检测结果表明单一溶剂萃取遵循相似相溶原理，与溶剂相似的萃取物质更易被萃取出来。 混合溶剂萃取研究表明:其萃取产率参差不同，许多混合溶剂萃取产率低于其单一溶剂，表明部分混合溶剂与LW煤萃取过程显现出负协同效应。另外溶剂混合后会改变溶剂黏度，影响萃取产率。萃余残渣的红外光谱及其分峰拟合结果说明邻位三取代芳烃高于四取代;CH3/CH2比值增高表明混合溶剂处理后-CH2基团脱落，脂肪链变短，煤的分子结构变得更加紧凑;NMP/CS2是萃取LW煤中羟基官能团化合物的良好溶剂。萃取残渣XRD结果分析表明煤样的结晶有序程度较低，芳香碳网络层的微晶结构参数在垂直方向上增加，但在平行方向上减少。混合溶剂的萃取产物主要为脂肪烃和酸酯化合物，正构烷烃的碳分布在14到44之间，并以奇数碳为主。C25是含量最多的正构烷烃，LW煤中的长链烷烃主要来源于陆生高等植物的蜡。另外LW煤中烯烃和烷烃的分布也不均匀，萃取物中氢芳烃是溶剂与LW煤混合出现芳烃加氢的结果。 梯级萃取研究表明:梯级萃取产率较高，维持在24％-39％之间。萃余残渣的红外光谱及其分峰拟合结果说明-OH的吸收峰减弱并出现偏移是因为煤中的氢键被破坏，一些含有OH-N键氢键的化合物被萃取出来。残渣-CH3含量升高是因为萃取处理破坏了长链烷烃结构以及溶剂氢键作用-CH2这种不饱和结构加氢导致。芳烃结构被更多的萃取出来导致萃余残渣的芳香性低于LW煤，残渣的DOC值远小于LW煤表明残渣煤化程度减弱，芳环缩合程度逐渐减小。“C”在LW煤萃取后数值变低，说明煤中C=O基团被萃取出来，其中羧酸化合物占比最高。萃取物GC/MS结果表明PhH的加入有助于LW煤中含磷化合物的萃取;PhH还可以使丙酮与LW煤中脂肪烃结构催化转化为佛尔酮、异佛尔酮和其衍生物;四组萃取物中几乎检测不到任何酚，说明LW煤中几乎不存在游离态的酚;NMP/CS2可作为清洁溶剂来萃取LW煤中有害化合物;链烷烃在中后期溶解，尤其是碳原子数超过20的长链烷烃，芳香烃在中间阶段很容易大量溶解。
NETL