朱運德

（運城學(xué)院 應(yīng)用化學(xué)系，山西 運城 044000）

等密度分離法中溶劑對煤結(jié)構(gòu)的影響

朱運德

（運城學(xué)院 應(yīng)用化學(xué)系，山西 運城 044000）

使用傅里葉紅外和顯微傅里葉紅外對神東原煤及神東顯微組分鏡質(zhì)組進行了測試研究，考察了使用等密度分離法分離顯微組分時，溶劑對煤結(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)的研究過程中，紅外光譜因其快速、易測被廣泛應(yīng)用[1-7]。紅外光譜的特點是對結(jié)構(gòu)中的官能團反映十分靈敏，傅立葉紅外（FTIR）的誕生使得紅外對煤這類高度復(fù)雜的混合物測定時，對數(shù)據(jù)的可處理性有了極大的提高，因而在對煤及其衍生物結(jié)構(gòu)的研究中有了廣泛的應(yīng)用[8-10]。但正是因為煤結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，要獲得較好的紅外譜圖，對提供測試的煤樣和測試條件具有嚴(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，測試條件的差異很難對不同煤樣的紅外譜圖進行歸一化處理。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。在這一過程中，因為煤樣和溶劑的相互作用，溶劑會對原煤結(jié)構(gòu)進行破壞并會發(fā)生萃取現(xiàn)象。溶劑對原煤結(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原煤結(jié)構(gòu)的研究，在目前的文獻中少有報道。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，對鏡質(zhì)組使用傅里葉紅外光譜儀進行測試，同時對神東原煤使用顯微傅里葉紅外光譜儀對鏡質(zhì)組分區(qū)進行測試，對比分析兩種紅外譜圖，根據(jù)譜圖來說明在顯微組分的分離過程中，溶劑對煤結(jié)構(gòu)及官能團的影響。

1 實驗

1.1 煤樣

實驗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神東原煤進行有機顯微組分組純化分離富集（本實驗使用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下保持過夜，存于真空干燥器中供測試使用。

1.2 紅外光譜分析

傅里葉紅外光譜測試使用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試實驗所用儀器是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行剝離后對其進行透射式紅外測定。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：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）長鏈烷烴的骨架振動，兩種譜圖均沒有顯現(xiàn)，說明鏡質(zhì)組邊緣的環(huán)結(jié)構(gòu)并沒有因為溶劑的原因，而發(fā)生開環(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和孤對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振動吸收。從圖1中可以看出，在該區(qū)間的吸收峰無論從峰型還是峰位均一致，說明這些吸收是一類型吸收，在結(jié)構(gòu)上基本沒有區(qū)別；2700～2950 cm-1區(qū)是煤結(jié)構(gòu)中脂氫的吸收振動區(qū)，峰型和峰位仍保持一致，說明脂氫結(jié)構(gòu)在溶劑作用下沒有發(fā)生結(jié)構(gòu)變化；而3000～3600 cm-1區(qū)為芳氫結(jié)構(gòu)和氫鍵結(jié)構(gòu)區(qū)，芳氫的吸收峰大約在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，沒有區(qū)別，說明分離富集使用的溶劑對芳氫結(jié)構(gòu)沒有影響；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煤結(jié)構(gòu)中氫鍵的種類沒有影響，但對不同類型羥基氫鍵的含量有影響，即原煤與溶劑相互作用后，因為萃取作用的發(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

朱運德（1962— ），男，天津人，講師，主要從事有機化學(xué)研究。

（責(zé)任編輯 王璟琳）