萃取劑組成和結(jié)構(gòu)對煤直接液化油渣萃取行為的影響

黃劍波，劉 洋，閆倫靖，廖俊杰，常麗萍，王建成,*

（1.太原理工大學(xué) 省部共建煤基能源清潔高效利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030024；2.太原理工大學(xué) 煤科學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030024）

煤直接液化可將煤轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)燃料油和豐富的化學(xué)品，是實(shí)現(xiàn)煤炭資源高效潔凈化利用的有效途徑之一。然而，受轉(zhuǎn)化技術(shù)的制約，煤直接液化產(chǎn)生約占原料煤30%的煤液化油渣，直接降低了煤直接液化的經(jīng)濟(jì)效益，也給技術(shù)開發(fā)和研究帶來了巨大挑戰(zhàn)[1]。因此，如何高效、經(jīng)濟(jì)地利用煤液化油渣，成為了一個亟需解決的問題[2]。

煤液化油渣中除了未轉(zhuǎn)化的煤、煤中固有的無機(jī)質(zhì)和外加的煤液化催化劑外，還有大量富含稠環(huán)芳烴的煤液化瀝青，其具有高碳、高灰和高硫等特點(diǎn)[3]。神華煤制油化工公司上海研究院采用溶劑萃取的方法，將油渣中的瀝青烯類物質(zhì)提取出來，再通過分離提純得到中間相炭微球、針狀焦和多孔炭等炭材料[4,5]。這樣不僅可解決煤液化油渣污染環(huán)境的問題，還可實(shí)現(xiàn)廢物再利用，具有重要的研究價值。制備這些炭材料對瀝青烯類物質(zhì)有較高的要求，萃取劑的選取對于得到這些特定的瀝青烯類物質(zhì)至關(guān)重要?；诖?，本文對不同組成結(jié)構(gòu)的萃取劑與煤液化油渣萃取率及萃取產(chǎn)物性質(zhì)之間的關(guān)系進(jìn)行歸納總結(jié)，以期為溶劑萃取法高附加值利用煤液化油渣的技術(shù)提供理論支持。

1 單種有機(jī)萃取劑組成結(jié)構(gòu)對煤液化油渣萃取率及萃取產(chǎn)物性質(zhì)的影響

國標(biāo)GBT30044—2013 使用正己烷、甲苯和四氫呋喃作為萃取劑對煤液化油渣進(jìn)行分級萃取，將煤液化油渣分為重質(zhì)油、瀝青烯、前瀝青烯和四氫呋喃不溶物四種組分。如圖1 所示，有學(xué)者在此基礎(chǔ)上研究了重質(zhì)油和瀝青烯的分子結(jié)構(gòu)[6,7]，兩者均主要包含芳香烴以及少量飽和環(huán)烷烴結(jié)構(gòu)，并在芳環(huán)上連接著鏈長不一的取代基，同時含有少量的含氮、氧雜環(huán)；相較重質(zhì)油而言，瀝青烯的平均分子量更大，主要以稠環(huán)芳烴組成，組成并無本質(zhì)差異。

圖1 重質(zhì)油（上）及瀝青烯（下）的分子結(jié)構(gòu)示意圖[6,7]Figure 1 Molecular structure diagram of heavy oil (top) and asphaltene (bottom)

煤液化油渣富含稠環(huán)芳烴及含氧、含氮化合物等，這些物質(zhì)的官能團(tuán)之間存在著復(fù)雜的π-π 共軛效應(yīng)、氫鍵和范德華力，且由于油渣中芳環(huán)的縮合程度較大，會使芳環(huán)的面與面之間形成立體大π-π 共軛結(jié)構(gòu)[8]。芳環(huán)上還含有較多的烷基側(cè)鏈，其給電子效應(yīng)可以增強(qiáng)烷基取代芳烴的芳環(huán)電子云密度，進(jìn)而增強(qiáng)芳烴之間的立體大π-π 作用[9]。此外，烷基取代芳烴之間的范德華力也能增強(qiáng)他們之間的作用力。范德華力主要形成于烷基取代芳烴之間，而氫鍵主要是在雜原子化合物之間，以及雜原子化合物與芳環(huán)之間形成，這些復(fù)雜的π-π 共軛結(jié)構(gòu)以及多種非共價鍵力作用共同構(gòu)建了煤液化油渣內(nèi)部的交聯(lián)結(jié)構(gòu)[10,11]。

溶解度參數(shù)是衡量液體材料相溶性的一項(xiàng)物理常數(shù)，掌握溶解度參數(shù)，便可以判斷不同物質(zhì)的互溶程度[12]。每種萃取劑都擁有一個確定的溶解度參數(shù)δ，當(dāng)兩種物質(zhì)的溶解度參數(shù)δ越接近，則兩者的互溶性越好[13]。因此，若能得到煤液化油渣的溶解度參數(shù)δ范圍，便可通過這個值來篩選出合適的萃取劑。有研究者使用了幾種溶解度參數(shù)梯度增加的萃取劑來探究煤液化油渣的溶解度參數(shù)δ范圍[14]（如圖2）。

圖2 油渣萃取率隨萃取劑溶解度參數(shù)的變化[15]Figure 2 Extraction rate of residue varies with the solubility parameter of the extractant

由圖2 可知，隨著溶解度參數(shù)的增加，煤液化油渣的萃取率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，在δ=9.87時出現(xiàn)了最大萃取率。說明在不超出煤液化油渣組分的溶解度參數(shù)范圍內(nèi)，萃取劑的溶解度參數(shù)越大，對油渣的萃取效果越好，超出油渣內(nèi)部組分的溶解度參數(shù)范圍，萃取率反而降低。因此，準(zhǔn)確測定出煤液化油渣中各組分的溶解度參數(shù)δ，對分離油渣不同組分具有指導(dǎo)意義。

影響萃取結(jié)果的因素中除了萃取劑與油渣溶解度參數(shù)匹配性之外，萃取劑與油渣內(nèi)部分子的結(jié)構(gòu)相似性以及萃取劑與油渣間的氫鍵作用、范德華力作用、π-π 共軛作用等一系列非共價鍵作用也起著重要作用。

不同類型的單一有機(jī)溶劑作為萃取劑對煤液化油渣的萃取收率有明顯差異（如圖3）。脂肪烴類萃取劑（正己烷等）對油渣的萃取率較低，這類萃取劑結(jié)構(gòu)為直鏈烷烴，極性較小且無法破壞油渣中弱的非共價鍵，僅可以通過自由擴(kuò)散方式進(jìn)行萃取，不會對油渣內(nèi)部的結(jié)構(gòu)造成破壞[16]，因此，萃取率僅為20%左右且萃取物多為小分子物質(zhì)[17]；具有芳香結(jié)構(gòu)的萃取劑（苯等）對油渣的萃取率可達(dá)50%以上。根據(jù)相似相溶原理，油渣主要由稠環(huán)芳烴構(gòu)成，具有芳香結(jié)構(gòu)的萃取劑與油渣中瀝青類物質(zhì)的結(jié)構(gòu)相似，其擴(kuò)散程度較大，對油渣有較好的萃取效果[18]；且由于芳香結(jié)構(gòu)中的苯環(huán)存在π 鍵，能與油渣中的縮合芳環(huán)結(jié)構(gòu)形成作用力很強(qiáng)的大π-π 共軛體系，使油渣內(nèi)部的分子比較容易的分散在溶劑中。除此之外，萃取劑的體積和位阻效應(yīng)也對萃取結(jié)果有一定影響。甲苯的萃取率比苯的低，是由于甲苯分子尺寸大，相較苯更難以進(jìn)入油渣交聯(lián)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，萃取率相對越低。由于油渣中含有少量的含氮、氧雜環(huán)化合物，導(dǎo)致其同時擁有氫鍵給體和氫鍵受體結(jié)構(gòu)，因此，同樣含有氮、氧雜原子的萃取劑（丙酮、吡啶等）可與油渣分子形成新的氫鍵，油渣中原先的舊鍵會逐漸斷裂，進(jìn)而其原有的交聯(lián)結(jié)構(gòu)會被破壞，更多的有機(jī)組分得到釋放，最終溶解進(jìn)萃取劑中[19]；同時，擁有芳香環(huán)結(jié)構(gòu)的雜原子類溶劑同樣可以和油渣形成共軛結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步促進(jìn)萃取過程。此外，由于氮、氧原子強(qiáng)的電負(fù)性，導(dǎo)致萃取劑分子擁有較大的極性和偶極矩，進(jìn)而增強(qiáng)其與油渣組分之間產(chǎn)生的色散力及誘導(dǎo)力（即范德華力）。因此，含有氮、氧雜原子萃取劑可對油渣內(nèi)部的非共價鍵體系進(jìn)行破壞，打開其固有的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，萃取率普遍較高。

圖3 烴類萃取劑和含雜原子萃取劑對煤液化油渣萃取率的影響Figure 3 Effects of hydrocarbon solvents and heteroatomic solvents on the extraction rate of coal liquefaction residue

烷烴類萃取劑和含雜原子類萃取劑萃取產(chǎn)物的性質(zhì)也有明顯差異（如表1）。由于油渣中含有較多的多環(huán)芳烴，僅含有少量的脂肪烴，因此，萃取物中也主要以多環(huán)芳烴為主，且這些多環(huán)芳烴的芳香環(huán)個數(shù)分布也較為廣泛。烷烴類萃取劑萃取物主要包含2-4 環(huán)縮合芳香結(jié)構(gòu)[20]，同時含有少量的4-7 環(huán)縮合芳香結(jié)構(gòu)[15,20]。萃取物的元素分析表明，碳元素占主導(dǎo)，含有少量含氮和含氧化合物[21]，在含氮化合物中以含有一個氮原子的稠環(huán)芳香族化合物為主[22]。除主要的芳環(huán)結(jié)構(gòu)外，烷烴類萃取劑對油渣中的殘留的重質(zhì)油萃取效果較好，因此，在萃取物中還含有碳鏈長度為14-30 的脂肪烴[23]。

表1 單種有機(jī)萃取劑萃取產(chǎn)物的性質(zhì)Table 1 Extraction properties of single organic solvent

含雜原子類萃取劑由于其可破壞油渣內(nèi)部的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，有機(jī)質(zhì)得以釋放，因此，萃取物多為4-7 環(huán)為主的縮合芳環(huán)結(jié)構(gòu)，且萃取物中瀝青烯類物質(zhì)占比較多，平均分子量較大[23-25]。含氧萃取劑由于其氧原子電負(fù)性強(qiáng)，能與羥基、羰基等多種物質(zhì)反應(yīng)，對油渣中的弱鍵及氫鍵攻擊較強(qiáng)，更容易溶解含氧化合物[26]。因此，萃取物中除了稠環(huán)芳烴外，還富含一定量的酯類物質(zhì)[27]，其中，稠環(huán)芳烴中以含有6 個苯環(huán)的芳烴含量最高，酯類物質(zhì)中含有偶數(shù)個碳的烷酸酯的含量最高，元素分析結(jié)果表明其萃取物中還含有少量的氮原子和硫原子[28,29]。含氮萃取劑與含氧萃取劑相似，可對油渣中的原有弱鍵進(jìn)行破壞，因此，萃取物中除了芳環(huán)結(jié)構(gòu)外，含有較多的羥基，醚類化合物較少，幾乎沒有酚羥基和羰基，灰分含量很低[14,22]。含硫萃取劑萃取物主要由大分子的芳烴、脂肪烴和含雜原子有機(jī)化合物組成，芳烴包括4-7 環(huán)的稠環(huán)芳烴及其烷基取代衍生物，脂肪烴主要為正構(gòu)烷烴和取代烷烴，含雜原子有機(jī)化合物主要以含氧和含硫元素的化合物為主[30]。在這三類雜原子萃取劑中均檢測到了較多的6 環(huán)化合物苯并[ghi]苝，且萃取物中的C/H 原子比可達(dá)1.6 以上，芳香度較高，是制作炭材料的優(yōu)良原材料[18,31]。

實(shí)際萃取過程中，除了萃取劑的種類對萃取結(jié)果有影響外，煤液化油渣種類、萃取方式以及萃取條件也會影響萃取結(jié)果[32]（如表2）。最常使用的萃取方式為索氏萃取，此方法操作簡便但耗時長，超臨界萃取效率高，可節(jié)省萃取劑，超聲萃取可增大溶劑分子的運(yùn)動頻率和溶劑穿透力[33]。溫度對萃取結(jié)果影響較大，高沸點(diǎn)的萃取劑在萃取過程中以及蒸餾除去萃取劑過程中均處在較高的操作溫度下，在此溫度下油渣中的較弱的橋鍵或氫鍵會發(fā)生斷裂，并發(fā)生裂解殘留物的縮聚，會造成可溶物中輕質(zhì)芳香分向重質(zhì)組分的轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致可溶物中芳香分含量的急劇降低，最終影響萃取結(jié)果。因此，針對不同特點(diǎn)的萃取劑需選取合適的萃取方式來避免對油渣原始組分的破壞[34]。

表2 液化油渣種類、萃取方式和萃取條件Table 2 Types of DCLR,extraction methods and extraction conditions

使用單一有機(jī)溶劑作為萃取劑時，可較為直觀的得到萃取產(chǎn)物性質(zhì)和萃取劑組成結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)。極性較大及含有氮氧等雜原子萃取劑由于其可對煤液化油渣內(nèi)部較弱的非共價鍵進(jìn)行破壞，從而釋放更多有機(jī)質(zhì)，因此，其萃取率較高且萃取物主要由4-7 環(huán)的多環(huán)芳烴構(gòu)成，相對分子量及雜原子含量較大。脂肪烴溶劑由于其無法破壞油渣內(nèi)部的弱鍵，因此，萃取率較低且萃取物多為小分子物質(zhì)。

2 復(fù)配萃取劑組成結(jié)構(gòu)對煤液化油渣萃取率及萃取產(chǎn)物性質(zhì)的影響

單一組分萃取劑由于其獨(dú)特的組成結(jié)構(gòu)、極性、溶解能力，對煤液化油渣的萃取能力也不盡相同。若將不同萃取能力的萃取劑以一定的比例混合，以此來發(fā)揮各個萃取劑組分的優(yōu)勢，可實(shí)現(xiàn)對煤液化油渣的協(xié)同萃取[35]。

烷烴類萃取劑無法破壞油渣的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，主要是以自由擴(kuò)散方式實(shí)現(xiàn)對油渣中輕質(zhì)組分的萃取，萃取物能夠保持原有的結(jié)構(gòu)；含雜原子的萃取劑主要是通過化學(xué)作用，即利用所含氮、氧雜原子較強(qiáng)的電負(fù)性從而實(shí)現(xiàn)對油渣中重質(zhì)組分的萃取，萃取率較高，同時也會破壞萃取物中的非共價鍵締合結(jié)構(gòu)。因此，若將兩種類型的萃取劑按一定比例混合，可得到較好的萃取效果。

二甲苯（DMB）和乙二胺（EDA）以一定比例復(fù)配后，對油渣的萃取率有大幅度上升，且大于兩種萃取劑的萃取率之和[15]（如圖4）。乙二胺極性強(qiáng)，且其中的氮原子使其成為良好的氫鍵給體結(jié)構(gòu)，可與油渣內(nèi)部形成新的氫鍵，破壞其原有的氫鍵結(jié)構(gòu)；且乙二胺顯堿性，可與油渣骨架中的弱酸性含氧官能團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)一步破壞油渣的骨架結(jié)構(gòu)。二甲苯由于其結(jié)構(gòu)與油渣的相似性，對油渣有較好的溶解能力，兩者混合后能在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上互補(bǔ)，既能通過乙二胺的化學(xué)作用破壞油渣的結(jié)構(gòu)，也能通過二甲苯的分子擴(kuò)散對小分子進(jìn)行吸附，實(shí)現(xiàn)了協(xié)同萃取。吡啶（Py）由于其本身的芳香結(jié)構(gòu)，和二甲苯在結(jié)構(gòu)上重復(fù)，因此，協(xié)同效應(yīng)不顯著。而噻吩（Tp）幾乎沒有堿性，作用僅相當(dāng)于一個芳香環(huán)，也和二甲苯在結(jié)構(gòu)上重復(fù)，因此，兩者混合后萃取率不高。丙酮和二硫化碳混合后進(jìn)行萃取，兩種萃取劑中的C=S/C=O 的π-π 體系能夠有效的破壞油渣中不飽和組分之間的π-π 作用，且由于丙酮對油渣交聯(lián)結(jié)構(gòu)的破壞以及二硫化碳良好的溶解能力，混合后的萃取率明顯高于單一萃取劑[30]。

圖4 純萃取劑及復(fù)配后萃取劑對煤液化油渣萃取率的影響Figure 4 Effect of single solvent and blended solvents on extraction rate of coal liquefaction residue

純萃取劑復(fù)配由于價格昂貴，并不適用于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)。而實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)時所產(chǎn)生的各種油類，其價格相對低廉，且其中富含的苯類、酚類物質(zhì)與油渣結(jié)構(gòu)相似，根據(jù)相似相溶原理其可作為一種煤液化油渣的混合萃取劑[36]。因此，有研究者使用煤液化油和煤焦油餾分油對油渣進(jìn)行了萃取實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)萃取率普遍可達(dá)60%以上（如圖5）。

圖5 煤液化油和煤焦油餾分油對煤液化油渣萃取率的影響[37-39]Figure 5 Effects of coal liquified oil and coal-tar distillate on extraction rate of coal liquefaction residue

表2 列舉了幾種作為煤液化油渣萃取劑的煤液化油和煤焦油餾分油的基本性質(zhì)，這些油類的組成決定了其萃取率的高低。例如神華輕油中飽和烴含量占60%以上，苯類、酚類物質(zhì)含量占25%，勝利中油中飽和烴含量只占40%-50%，苯類物質(zhì)含量占20%-35%，酚類物質(zhì)占15%-30%，并且含有少量萘類和蕪類物質(zhì)。這些苯類和酚類物質(zhì)對油渣中可溶組分的溶解性要強(qiáng)于飽和烴類物質(zhì)。因此，勝利中油各餾分段對油渣的萃取率均高于神華輕油各餾分段對油渣的萃取率[39]。

通過對萃取物進(jìn)行分析，得到了煤液化油和煤焦油餾分油作為萃取劑時萃取物的基本性質(zhì)（如表3）。其中，萃取物的C/H 原子比為1.0-1.2，相比萃取前的油渣有較明顯的提升，且測得芳香度指數(shù)在0.7 左右，符合作為炭材料前驅(qū)體的條件。萃取物中重油和瀝青烯的比例根據(jù)所用萃取劑不同而略有差異，但整體比例接近1∶1，并未達(dá)到分離提純的目的。灰分含量以及硫含量均降至0.3%以下，說明煤液化油和煤焦油餾分油的脫灰效果較好。通過紅外譜圖可知，萃取物中芳香環(huán)以及脂肪烴結(jié)構(gòu)較多，并含有少量的芳香C-H 結(jié)構(gòu)以及酚羥基，醚類化合物含量很少。

表3 煤液化油和煤焦油餾分油的性質(zhì)Table 3 Properties of coal liquified oil and coal tar distillate oil

溶劑復(fù)配法可使不同組分發(fā)揮其各自獨(dú)特的萃取特性，實(shí)現(xiàn)協(xié)同萃取，從而達(dá)到較高的萃取率。實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中的各種洗油及餾分油是較為復(fù)雜的混合物，這類萃取劑由于其中含有豐富的苯系物，可與油渣內(nèi)部的多環(huán)芳烴類物質(zhì)相似相溶，萃取率可達(dá)50%以上，是一種有工業(yè)應(yīng)用前景的煤液化油渣萃取劑。

3 離子液體組成結(jié)構(gòu)對煤液化油渣萃取率及萃取產(chǎn)物性質(zhì)的影響

擁有芳香結(jié)構(gòu)及含氮、氧等雜原子的萃取劑對煤液化油渣的萃取效果較好，而離子液體同時擁有這兩種特性[40]，Zheng 等[41]報道了不同類型的離子液體，及其對煤液化油渣萃取的可行性研究。

在所使用的離子液體中，陽離子主要以咪唑鹽離子、吡啶鹽離子以及銨鹽離子為主，陰離子主要以鹵素離子、酸根離子為主[42-44]（如圖6）。離子液體中陽離子、陰離子的性質(zhì)和分子大小決定了其與瀝青質(zhì)之間相互作用的強(qiáng)度和程度。離子液體與油渣的作用機(jī)理與有機(jī)萃取劑類似，除了萃取劑與油渣分子的結(jié)構(gòu)相似性外，萃取劑對氫鍵的破壞能力、π-π 共軛作用以及電荷轉(zhuǎn)移作用都對萃取結(jié)果有一定影響。離子液體的陽離子含有氮、氧雜原子，其可對油渣中的弱鍵進(jìn)行破壞，對于咪唑基、吡啶基陽離子，其芳環(huán)結(jié)構(gòu)與油渣分子相似相溶，且烷基是給電子基團(tuán)，隨著陽離子尺寸的增加，陰陽離子間的庫侖相互作用減小，而瀝青質(zhì)與陽離子間的π-陽離子相互作用增強(qiáng)，所以此類離子液體適合用來萃取瀝青類物質(zhì)[45]。

圖6 幾種離子液體的化學(xué)結(jié)構(gòu)式以及命名[42-44]Figure 6 Chemical structure and naming of several ionic liquids

研究者合成了一系列離子液體，發(fā)現(xiàn)萃取率普遍能達(dá)到20%以上[46]，且兩種含鐵磁性離子液體的萃取效果優(yōu)于普通離子液體的萃取效果（如圖7）。原因是這兩種離子液體是典型的含氮雜原子五、六元環(huán)狀化合物，尤其是[Bmim]FeCl4具有兩個氮原子，擁有較高的電負(fù)性，可攻擊油渣中的氫鍵，形成新的氫鍵，從而打破原有的交聯(lián)結(jié)構(gòu)；且其體積較小，位阻效應(yīng)小，因而進(jìn)入油渣內(nèi)部的阻力較小[47]。另一方面，由于離子液體的黏度很大，一般采用磁力攪拌法進(jìn)行萃取，在磁力攪拌的磁場中，油渣內(nèi)部的大分子鏈在磁性離子液體的磁性作用下，更容易發(fā)生重新定向，從而油渣中的小分子物質(zhì)能夠迅速釋放，促進(jìn)了萃取分離進(jìn)程[44]。

圖7 離子液體對煤液化油渣萃取率的影響[42-44]Figure 7 Effects of ionic liquids on extraction rate of coal liquefaction residue

表4 為上述離子液體萃取產(chǎn)物性質(zhì)的比較，可以看出離子液體萃取產(chǎn)物中灰分含量均降至較低水平，說明此類萃取劑能有效脫除煤液化油渣中的灰分[48]。咪唑基磁性離子液體和吡啶基磁性離子液體萃取物的分子質(zhì)量較大，是由于萃取物中多為重質(zhì)的瀝青烯物質(zhì)，研究者通過對其進(jìn)行索氏萃取，發(fā)現(xiàn)萃取物中瀝青烯含量分別達(dá)到92.66%和96.34%，基本實(shí)現(xiàn)分離提純目的。吡啶鹽離子作為陽離子時，其萃取物的C/H 原子比和芳香度均達(dá)到最高，是一種優(yōu)良的炭材料前驅(qū)體。當(dāng)有機(jī)酸根離子作為陰離子時，萃取物中幾乎不含灰分[49,50]。

表4 離子液體萃取產(chǎn)物性質(zhì)Table 4 Properties of ionic liquids extraction products

除上述有機(jī)萃取劑的復(fù)配外，有機(jī)萃取劑和離子液體也可以實(shí)現(xiàn)復(fù)配[44,51]。在離子液體[Bmim]Cl中添加N-甲基吡咯烷酮（NMP），萃取率由29.1%提升至61.0%。這是由于NMP 本身對油渣具有比較高的溶解能力，而且還可以降低復(fù)合體系的黏度，促進(jìn)固液接觸，改善傳質(zhì)環(huán)境，因此，萃取效果得到較大提升[52]。萃取物C/H 原子比主要分布在1.25-1.4，芳香度可達(dá)0.69，幾乎不含灰分以及喹啉不溶物[53]。通過調(diào)節(jié)兩種萃取劑的比例對萃取物芳環(huán)團(tuán)簇大小有很大影響，單獨(dú)使用NMP時萃取物平均芳環(huán)數(shù)為1.8，單獨(dú)使用[Bmim]Cl時萃取物平均芳環(huán)數(shù)為5.1，通過復(fù)配溶劑可控制平均芳環(huán)數(shù)為3.0 左右，從而實(shí)現(xiàn)對萃取物的定向調(diào)控。

離子液體作為一種新興的萃取劑，具有優(yōu)于傳統(tǒng)有機(jī)溶劑的特點(diǎn)，且對煤液化油渣有較好的萃取性能。其造價昂貴且后續(xù)分離階段困難，并不適合大規(guī)模應(yīng)用，但由于離子液體的陰陽離子的可調(diào)節(jié)性較強(qiáng)，因此，適用于作為研究萃取過程中機(jī)理研究的萃取劑[54]。

4 結(jié) 論

含有芳環(huán)結(jié)構(gòu)或供電子能力較強(qiáng)的萃取劑萃取率較高，萃取物主要由稠環(huán)芳烴構(gòu)成。烷烴類萃取劑萃取物主要包含2-4 環(huán)縮合芳香結(jié)構(gòu)，平均分子量較小，雜原子含量少。雜原子萃取劑萃取物主要包含4-7 環(huán)縮合芳香結(jié)構(gòu)，C/H 原子比達(dá)1.6 以上，平均分子量大。吡啶基離子液體萃取物的C/H 原子比和芳香度均達(dá)到最高。有機(jī)酸根基離子液體萃取物的灰分含量最低。

不同種類的萃取劑復(fù)配，可實(shí)現(xiàn)各萃取劑在萃取過程中彼此協(xié)同。當(dāng)使用煤液化油和煤焦油餾分油作為萃取劑時，萃取率可達(dá)60%以上，萃取物C/H 原子比為1.0-1.2，芳香度指數(shù)在0.7 左右，灰分和硫含量較低，基本符合炭材料的要求，具有溶劑萃取法高值化利用煤液化油渣的工業(yè)前景。