等密度分離法中溶劑對(duì)煤結(jié)構(gòu)的影響

朱運(yùn)德

（運(yùn)城學(xué)院 應(yīng)用化學(xué)系，山西 運(yùn)城 044000）

等密度分離法中溶劑對(duì)煤結(jié)構(gòu)的影響

朱運(yùn)德

（運(yùn)城學(xué)院 應(yīng)用化學(xué)系，山西 運(yùn)城 044000）

使用傅里葉紅外和顯微傅里葉紅外對(duì)神東原煤及神東顯微組分鏡質(zhì)組進(jìn)行了測(cè)試研究，考察了使用等密度分離法分離顯微組分時(shí)，溶劑對(duì)煤結(jié)構(gòu)的影響。

傅里葉紅外；顯微傅里葉紅外；煤結(jié)構(gòu)

引言

在煤結(jié)構(gòu)的研究過(guò)程中，紅外光譜因其快速、易測(cè)被廣泛應(yīng)用[1-7]。紅外光譜的特點(diǎn)是對(duì)結(jié)構(gòu)中的官能團(tuán)反映十分靈敏，傅立葉紅外（FTIR）的誕生使得紅外對(duì)煤這類(lèi)高度復(fù)雜的混合物測(cè)定時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)的可處理性有了極大的提高，因而在對(duì)煤及其衍生物結(jié)構(gòu)的研究中有了廣泛的應(yīng)用[8-10]。但正是因?yàn)槊航Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，要獲得較好的紅外譜圖，對(duì)提供測(cè)試的煤樣和測(cè)試條件具有嚴(yán)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(cè)試條件的差異很難對(duì)不同煤樣的紅外譜圖進(jìn)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(lái)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(guò)程中，因?yàn)槊簶雍腿軇┑南嗷プ饔?，溶劑?huì)對(duì)原煤結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞并會(huì)發(fā)生萃取現(xiàn)象。溶劑對(duì)原煤結(jié)構(gòu)的破壞及萃取是必然發(fā)生的，但是否影響使用紅外光譜對(duì)原煤結(jié)構(gòu)的研究，在目前的文獻(xiàn)中少有報(bào)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(zhì)組和神東惰質(zhì)組，對(duì)鏡質(zhì)組使用傅里葉紅外光譜儀進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)對(duì)神東原煤使用顯微傅里葉紅外光譜儀對(duì)鏡質(zhì)組分區(qū)進(jìn)行測(cè)試，對(duì)比分析兩種紅外譜圖，根據(jù)譜圖來(lái)說(shuō)明在顯微組分的分離過(guò)程中，溶劑對(duì)煤結(jié)構(gòu)及官能團(tuán)的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 煤樣

實(shí)驗(yàn)所用神東煤樣采自神東礦區(qū)上灣露天礦22#煤層。用等密度梯度離心分離法對(duì)神東原煤進(jìn)行有機(jī)顯微組分組純化分離富集（本實(shí)驗(yàn)使用C6H6和CCl4配置比重液），獲得神東鏡質(zhì)組、神東惰質(zhì)組。煤樣的粒度≤74 um，在真空干燥箱中于383 K下保持過(guò)夜，存于真空干燥器中供測(cè)試使用。

1.2 紅外光譜分析

傅里葉紅外光譜測(cè)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(shù)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(cè)試實(shí)驗(yàn)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(zhì)體目標(biāo)區(qū)。將所選擇的顯微組分進(jìn)行剝離后對(duì)其進(jìn)行透射式紅外測(cè)定。波數(shù)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(jié)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(qū)基本上分為四個(gè)：560～900 cm-1區(qū)、1300～1700 cm-1區(qū)、2700～2950 cm-1區(qū)和 3000～3600 cm-1區(qū)。560～900 cm-1區(qū)主要為芳環(huán)多位取代區(qū)，顯微紅外譜圖要比紅外譜圖略顯尖銳，沒(méi)有明顯的區(qū)別，這表明原煤中鏡質(zhì)組的芳香邊緣結(jié)構(gòu)和分離富集后的鏡質(zhì)組芳香邊緣結(jié)構(gòu)在取代形式上基本相同；富集后的鏡質(zhì)組因與溶劑有反應(yīng)，芳香邊緣取代的少部分官能團(tuán)有脫落，取代形式較原煤中鏡質(zhì)組為多，峰型略顯尖銳。720 cm-1附近吸收峰為（-CH2-）n（n≥4）長(zhǎng)鏈烷烴的骨架振動(dòng)，兩種譜圖均沒(méi)有顯現(xiàn)，說(shuō)明鏡質(zhì)組邊緣的環(huán)結(jié)構(gòu)并沒(méi)有因?yàn)槿軇┑脑?，而發(fā)生開(kāi)環(huán)；1300～1700 cm-1區(qū)主要為苯環(huán)上C=C的吸收、C=C參與其他不飽和基團(tuán)和孤對(duì)電子的共軛作用的吸收、與C=O有關(guān)的吸收和芳環(huán)與多元芳環(huán)的C=C振動(dòng)吸收。從圖1中可以看出，在該區(qū)間的吸收峰無(wú)論從峰型還是峰位均一致，說(shuō)明這些吸收是一類(lèi)型吸收，在結(jié)構(gòu)上基本沒(méi)有區(qū)別；2700～2950 cm-1區(qū)是煤結(jié)構(gòu)中脂氫的吸收振動(dòng)區(qū)，峰型和峰位仍保持一致，說(shuō)明脂氫結(jié)構(gòu)在溶劑作用下沒(méi)有發(fā)生結(jié)構(gòu)變化；而3000～3600 cm-1區(qū)為芳?xì)浣Y(jié)構(gòu)和氫鍵結(jié)構(gòu)區(qū)，芳?xì)涞奈辗宕蠹s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(méi)有區(qū)別，說(shuō)明分離富集使用的溶劑對(duì)芳?xì)浣Y(jié)構(gòu)沒(méi)有影響；3000～3600 cm-1處出現(xiàn)的一寬峰是煤結(jié)構(gòu)中羥基以氫鍵形式出現(xiàn)的一種具體表現(xiàn)，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(huán)狀多聚體氫鍵。兩種譜圖對(duì)比發(fā)現(xiàn)，這一寬峰的峰型不一樣，最高峰出現(xiàn)的峰位不一樣，說(shuō)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(duì)煤結(jié)構(gòu)中氫鍵的種類(lèi)沒(méi)有影響，但對(duì)不同類(lèi)型羥基氫鍵的含量有影響，即原煤與溶劑相互作用后，因?yàn)檩腿∽饔玫陌l(fā)生，影響到了煤結(jié)構(gòu)中的羥基氫鍵。

3 結(jié)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(jié)構(gòu)，但因萃取現(xiàn)象的發(fā)生，影響煤結(jié)構(gòu)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(yùn)德（1962— ），男，天津人，講師，主要從事有機(jī)化學(xué)研究。

（責(zé)任編輯 王璟琳）