不同溶剂对宁夏不同煤阶煤萃取效果研究

周继梅，曹江平，万 婷

（宁夏师范学院，宁夏固原 756000)

不同溶剂对宁夏不同煤阶煤萃取效果研究

周继梅，曹江平，万 婷

（宁夏师范学院，宁夏固原 756000)

煤的溶剂萃取，尤其是温和条件下的溶剂萃取是研究煤的大分子结构和组成的非常有效的方法。根据宁夏煤种的特点，针对性地选取了汝箕沟煤和固原王洼的煤样为研究对象，分别以CS2、四氢呋喃、丙酮、乙二胺及其中两种溶剂的复合溶剂为萃取剂对两种煤样进行了常压沸点下的索氏萃取，研究时间和溶剂配比对萃取率的影响，选取最佳萃取条件。通过对原煤、萃取残渣和的红外对比分析表明，萃取后残渣中含有的脂肪烃和脂环烃的量明显减少，而矿物质很多都还保留在残渣中。

宁夏煤；复合溶剂；溶剂萃取

宁夏煤炭资源分布广泛、储量丰富、煤种齐全。但有80%都用于直接燃烧，直接燃烧不仅煤的利用率很低而且所释放出来的烟尘、SO2、NO2等引起环境污染[1-3]。煤的溶剂萃取，因为反应的条件比较温和，所以发生的主要是物理反应，萃取物能比较真实地反映煤的结构，所以一直以来煤的溶剂萃取是一种研究煤的组成结构必要而有效的方法[3]。另一方面，因为煤中含有丰富的脂肪烃和芳香烃类化合物，煤的溶剂萃取物中可以大量分离出芳香类，脂肪类单体，进而合成各种高附加值的燃料、化学品等。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

实验所用主要仪器包括：南昌化验制样机厂生产的马弗炉，北京科伟永兴仪器有限公司生产的索氏提取器，瑞士Büchi公司生产的R-134型旋转蒸发仪，美国 Nicolet M agna公司生产的 IR-560 型傅里叶变换红外光谱仪，德国Startrius公司生产的 BP110S型电子天平，美国惠普公司生产的 HP 6890/5793 气相色谱/质谱联用仪（GC/M S）。实验所用溶剂二硫化碳、四氢呋喃、丙酮和乙二胺均为市售分析纯，直接使用。

1.2 样品的制备

将两种煤样品粉碎至200目，并在 100℃真空干燥箱中干燥4 h，然后在真空干燥箱中保持真空状态冷却至室温，取出放到干燥器内保存备用。汝箕沟煤和王洼煤样品的工业分析和元素分析数据见表1。

表1 实验用三种煤样的工业分析和元素分析

1.3 实验方法

准确称取3g煤样。用滤纸装样后，装入到索氏提取器内。以 70mL溶剂作为萃取剂于索氏提取器的圆底烧瓶中，安装好索氏提取器装置，加热回流3h。实验所用的溶剂有CS2、THF、丙酮、乙二胺、丙酮—乙二胺复合溶剂、CS2-四氢呋喃复合溶剂。将萃取残渣用丙酮洗涤三次用漏斗进行过滤，然后放入真空恒温干燥箱，于100～110℃恒温干燥2h至恒重，称量残渣重量。

萃取率的计算公式如下：

采用Nicolet Nexus 670型傅里叶变换红外光谱仪对煤样和萃取残渣用FTIR进行分析，溴化钾压片，扫描波数范围为400～4 000cm-1，扫描线数为32次，分辨率为4cm-1。

用 GC/MS对各馏分进行定性分析，将所得化合物谱图与N IST05标准谱图库进行计算机检索对照，根据置信度或相似度确定化合物的结构；谱图库难于确定的化合物则依据 EI源质谱碎裂规则，结合 GC保留时间、主要离子峰、特征离子峰和分子量等并参照文献进行解析。

2 结果与讨论

基于干燥无灰基计算所得的样品的各次萃取率如表2所示。结果表明，CS2、CS2与THF的复合溶剂对汝箕沟煤的萃取率较高，乙二胺、丙酮与乙二胺的复合溶剂对王洼煤的萃取率较高。选用的汝箕沟煤为无烟煤，煤阶低乙二胺是含氮的供电子能力较强的溶剂，现溶剂与煤分子发生了很强的化学作用。随着煤级的增高，芳香化程度加强，芳香层片结构趋于紧密。CS2具有强渗透性，能够深入很小的微孔，使得萃取率增加，而THF极性大，煤中该溶剂的可萃取组分较多。

表2 两种煤在不同溶剂中的萃取率

汝箕沟煤、固原王洼煤的原煤、及其以不同溶剂萃取后萃取残渣的红外光图如图1。随着萃取的逐渐深入 3 421 cm-1处的吸收峰强度先减弱后增强，说明 F1′～F5′中的羟基含量先减少后增加；在919cm-1、2 847、1 372、1 705cm-1处的吸收峰表明萃取物中可能含有环庚酮或含有其结构的其他化合物；1 598cm-1的吸收峰强度亦先减弱后增强，F4′的FTIR的谱图中此处的吸收峰强度最弱；1 372、1 439和1 460cm-1为 —CH3和—CH2—的弯曲振动吸收峰；1 183cm-1处呈现酚、醇、醚和酯的C—O键吸收峰；942、876、840、804、753和671cm-1为芳环上氢的弯曲振动吸收。由此可以看出，萃取物中含有脂肪族、芳香族和含杂原子化合物。

图1 汝箕沟原煤及不同溶剂萃取后残渣的FTIR谱图

图2 固原王洼原煤及不同溶剂萃取后残渣的FTIR谱图

残煤中反映芳环结构的1 600、815、750cm-1处的特征吸收峰，反映矿物质的910～1 900cm-1，540和470cm-1处的特征吸收峰显著加强。而反映脂肪结构的2 925、2 860、1 450cm-1处的特征吸收峰减弱，抽提物中反映脂肪结构的2 925、2 860、1 450cm-1处的[21]特征吸收峰明显增强，表明残煤主要富集的是含芳环结构的成分和矿物质，而脂肪族成分主要富集在抽提物中。这表明抽提物中含有较多的脂肪结构。在1 700cm-1处原煤没有峰，而抽提物有明显的峰，这个羰基吸收峰应该是溶剂的残留。

3 结语

通过对宁夏两种煤的不同溶剂抽提研究，溶剂的性质剂电子受-授力进行分类之后可对溶剂萃取机理概括如下：煤中存在电子接受键，将大分子网络和可抽提的有机质连在一起；溶剂抽提实质是一取代反应，可抽提的有机质被溶剂分子从电子接受键上取代下来；溶剂取代能力取决于电子授体和电子受体的数目。

[1] 叶翠平，冯杰，谢克昌.煤的溶剂抽提与抽提物性的研究[J].煤化，2002，25（3）：1-5.

[2] 张双全.煤化学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2004.

[3] 钟蕴英，关梦嫔，崔开仁，等.煤化学[M].徐州：中国矿业大学出版社，1988.

Extraction Effect of Different Solvents on Different Coal-rank Coal in Ningxia

Zhou Ji-mei，Cao Jiang-ping，Wan Ting

Extraction the coal by solvent，especially under mild conditions，is a necessary and effective means to study the composition and structure of coal.In this paper，according to the characteristics of Ningxia coal，the coal samples of Pingluo coal，Rujia ditch coal and Guyuan Wangwa were selected as the object of study.The samples were composed of CS2，tetrahydrofuran，acetone，ethylenediamine and two kinds of solvents Solvent extraction agent for two kinds of coal samples under the atmospheric boiling point of Soxhlet extraction，the study time and solvent ratio on the extraction rate，select the best extraction conditions.The results show that the content of aliphatic and alicyclic hydrocarbons in the residue is reduced and the minerals are retained in the residue after extraction.

ningxia coal；complex solvent；solvent extraction

TD94

A

1003–6490（2017）11–0022–02

2017–09–08

周继梅（1987—），女，宁夏同心人，助教，主要研究方向为有机合成，催化化学。