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云南石屏泥炭树脂化学成分初步研究

作　者: 赵玉山
导　师: 李宝才
学　校: 昆明理工大学
专　业: 生物工程
关键词: 石屏泥炭泥炭蜡树脂化学成分
分类号: TQ536
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

泥炭(peat)是一种宝贵的自然资源,是经过几千年形成的天然沼泽地产物(又称草炭或泥煤),是煤化程度最低的煤,同时也是煤形成的第一状态,无毒、无菌、又无人为污染,通气性能良好,密度小、含水量高、有保肥能力、利于微生物活动,能够增强生物性能,营养丰富,既可以作为栽培基质,又是良好的土壤调解剂,并含有丰富的有机质、腐植酸及各种营养成份。泥炭目前最广泛的一种应用是作为植物的培养基质,而泥炭蜡的技术开发不仅扩大了其产品范围,而且提高了整个生产体系的附加值。泥炭蜡是用有机试剂从泥炭中提取一种矿物蜡。将含蜡质的泥炭经溶剂(苯、汽油、甲苯等)萃取得到的一种含有蜡、树脂和地沥青的混合物。泥炭蜡的性质主要取决于提取原料、所采用的溶剂和萃取条件。随地沥青和树脂等暗色物含量的增加,主要是树脂,其颜色由棕色到黑色。现在对褐煤蜡的相关研究比较成熟,泥炭蜡的性质和褐煤蜡的性质比较接近,因而本实验多参考褐煤蜡的研究成果。而含有树脂、地沥青的褐煤蜡,工业上叫粗蜡,因受到这些暗色物的影响,外观和品质都大打折扣。工业上了为了提升蜡的品质,扩展其用途,提高产品的附加值,通常会对粗蜡进行氧化漂白,制成酸性浅色蜡,进而加工成一系列符合各种用途的高品质蜡。树脂和地沥青等暗物质的存在,不但影响了氧化漂白的效果,而且增加了氧化剂的消耗量,所以在氧化漂白之前,要对工业粗蜡进行脱树脂处理,从而得到大量树脂。而树脂的含量一般占到粗蜡的20-30%,这样工业上在生产高品质量蜡时,就会产生大量的工业副产物-树脂。而树脂的理化性质及成分研究还处于初级阶段,树脂的应用也因此受到了限制,目前是作为废弃物处理。云南石屏地区初步估测有4.5亿吨的泥炭储量,若拟按照先生产泥炭蜡再生产腐植酸的工艺,大约会产生五六百万吨的泥炭树脂。现在国内外对泥炭树脂的研究很少,对于树脂中单体化合物的研究也是空白。如何对这些废弃物的副产物进行综合开发,提高生产的附加值,工业上就显得非常有现实价值。本实验室已完成泥炭蜡的提取、脱树脂、氧化漂白等前期小型实验,加之广东东送集团已立项开发石屏泥炭。已有的褐煤树脂的研究成果表明,树脂中含有萜类、甾醇类、醇酮类、烯酸类、酯类各种化学成分,存在含有生物活性物质的可能。因此本课题选择云南石屏地区的泥炭树脂进行初步的化学成分研究,并对树脂在工业生产上的可行性技术进行摸索,减少废弃物的产生,探索开发泥炭树脂的潜在应用价值,提高整个生产体系的产值。本人从云南石屏采集煤样,通过甲苯索氏回流提取(80℃)得到泥炭蜡,再用冷丙酮萃取得到泥炭树脂。为更全面了解树脂的化学成分,对树脂进行全段GC-MS分析。结果表明：成分中含有葡萄糖苷类、秋水仙碱类、穿心莲内酯类、芥子酸等植物成分,应处于成煤早期阶段,也表明了石屏泥炭是一种煤化程度很低的物质。成分中芳构化的化学成分比较少,以含不饱和键的环状或链状以及环状上带有不饱和的烯烃键的结构居多,分子链多呈比较开放的状态,而这一状态正是处于原有的植物分子被分解而新的分子还未形成的一个交替演化的时期。同时与已有研究的褐煤中的树脂相比,其环化程度、聚合程度、分子量都相对较低,小分子占据一定比例。说明了泥炭是一种比褐煤煤化程度低的成煤的初始的沉积物。石屏树脂其成分中含有饱和烃类,不饱和烃类,醇类,烯酸类,脂类,脂肪酸,其中含量最高的是C23烯酸类(分子式C23H44O2,分子量是352),不饱和酯类(分子式是C27H54O4Si2,分子量是498),多环酯类(分子式是C32H52O2,分子量是468)。化合物中以醇类、酯类、酮类、脂肪酸居多,通常带有不饱和的环状或支链烯烃结构。同时含有大量的同分异构体、立体异构体。随后本人对石屏树脂进行了初步分离,对其组成及性质有了初步了解。大部分树脂溶于石油醚,表明树脂中的化学成分大多极性偏小。利用各种色谱分离方法,试图从泥炭树脂中分离得到了单体化合物,并从蕴藏量丰富的石屏泥炭树脂中首次分离得到一些单体,如熊果酸。综上,通过本人研究,初步了解了云南石屏泥炭树脂的主要化学成分,并分离得到一些单体化合物。这些初步的研究结果,为下一部对石屏树脂进行进一步研究做出了先期的探索,也为泥炭树脂的实际应用提供了先期的研究成果,具有一定的学术及实用意义。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
附图与附表目录  11-12
第一章泥炭及其树脂的研究进展  12-31
  1.1 泥炭  12-16
  1.2 褐煤蜡及其脱树脂  16-18
  1.3 褐煤蜡树脂成分的研究  18-29
    1.3.1 化学成分研究  18-28
      1.3.1.1 概述  18-20
      1.3.1.2 游离酸  20-22
      1.3.1.3 结合酸  22-23
      1.3.1.4 烃类  23-25
      1.3.1.5 树脂醇  25-28
    1.3.2 药理作用研究  28-29
  1.4 研究的目的和意义  29-31
第二章云南石屏泥炭树脂的制备  31-34
第三章云南石屏泥炭树脂化学成分分析  34-45
  3.1 HPLC图谱  34
  3.2 GC-MS图谱  34-45
    3.2.1 树脂的衍生化  34-35
    3.2.2 GC-MS分析  35
    3.2.3 结果与分析  35-45
第四章云南石屏泥炭树脂的化学成分的初步分离  45-52
  4.1 分离原理  45-46
  4.2 化合物分段  46-47
  4.3 各段的分离及分析  47-49
  4.4 仪器和设备  49-50
  4.5 化合物波谱数据  50-51
  4.6 讨论  51-52
第五章结语与展望  52-55
  5.1 结语  52-54
    5.1.1 主要研究结果  52-53
    5.1.2 论文创新点  53
    5.1.3 存在的问题  53-54
  5.2 展望  54-55
参考文献  55-59
致谢  59-60
附件化合物的波谱图  60-66

云南石屏泥炭树脂化学成分初步研究

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