学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

神府煤的光—热耦合氧化研究

作　者: 孙鸣
导　师: 周安宁
学　校: 西安科技大学
专　业: 应用化学
关键词: 神府煤光-热耦合氧化反应性腐植酸
分类号: TQ531
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 71次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

本文旨在通过光-热耦合氧化方法实现煤制精细化学品的绿色化和温和化。对煤光-热耦合氧化反应性以及从光-热氧化煤中高效提取腐植酸和特殊化学品进行了研究,为煤温和条件制取精细化学品提供理论依据及基础数据。以神府煤为研究对象,为消除原生腐植酸和矿物质的影响,采用“碱溶酸析”的方法脱去煤中的原生腐植酸,再用盐酸-氢氟酸脱去煤中的矿物质,以制得脱除了原生腐植酸和脱矿物质研究煤样(FHMC)。在光-热固定床反应器上,研究了FHMC的光氧化与热氧化的耦合效应;在浆态流化床光反应器上,研究了光-热氧化FHMC的深度光氧化及其腐植酸提取规律及其影响因素;利用FTIR、GC、SEM、GC-MS等分析方法和总腐植酸、总酸性基等测定,对光-热耦合氧化产物的结构进行了分析表征,阐明了光氧化与热氧化耦合作用机理。结果表明,在光-热固定床反应器上,紫外光、反应气氛及反应温度等因素对光-热耦合产物种类及组成有重要影响。在O2气氛中,CO2释放量大幅度增加,气体产物主要为CO2和CO,同时有CH4释放,各组分的浓度大小表现为:CO2>>CO>CH4,其中CO2的浓度随反应温度升高而增加,并在反应2 h时达到最大值,紫外光照射可明显促进CO2和CO释放,温度升高CO和CH4释放速率增加。光氧化和热氧化耦合氧化不仅提高了气体产物的选择性,而且对提高煤中总腐植酸含量有明显的耦合作用,同时导致煤酚羟基官能团的形成。FHMC通过光-热耦合氧化后,其二氯甲烷抽提物中化合物的选择性得到了明显提高。FHMC煤与光-热氧化FHMC的其二氯甲烷抽提物的GS-MS分析表明,主要表现在长链烷烃的差别上,前者不含长链烷烃,而后者含有较多数量的长链烷烃,吗苯丁酯的相对含量达到44.562 %。在浆态流化床反应器中,以碱性介质,对光-热氧化FHMC进行了深度光氧化和反应性抽提,对所提取出的腐植酸进行了分离、纯化。利用FTIR、UV-vis、GC-MS等分析方法研究了腐植酸结构的变化。结果表明,抽提时间、气氛和紫外光照射等因素对腐植酸的提取率及其组成分布有较大影响。紫外光照射条件下,氧气气氛中,光-热氧化FHMC生成的腐植酸量最大,抽提率约为9.6 %,其中棕腐酸量远高于黄腐酸和黑腐酸,随着反应时间的延长,棕腐酸量增加最多。FTIR分析表明,黄腐酸含有较高的羟基官能团,氢键缔合能力强。有氧气条件下有利于腐植酸新的吸收峰产生,而紫外光照射减少吸收峰的产生。在浆态流化床抽提得到的黄腐酸乙醇萃取物的GC-MS分析表明,O2气氛特别是在氧和UV存在下,被检测化合物的数量明显减少,其相对含量较大提高。某种菲类化合物的相对含量高达50.422 %。综合上述实验结果发现,煤的光氧化主要是煤中光活性官能团敏化下的自由基反应机理,热氧化主要是自由基链锁反应机理。光的存在有利于反应选择性的提高,热的存在有利于反应速度的加快。光-热耦合氧化机理是光活性官能团敏化下的自由基链锁机理。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
1 绪论  11-33
  1.1 本课题研究背景及意义  11
  1.2 煤的组成结构  11-16
    1.2.1 煤的组成  12
    1.2.2 煤的化学结构  12-13
    1.2.3 煤的物理结构  13-16
  1.3 煤基精细化学品及其制备方法  16-18
  1.4 煤的化学氧化机理  18-26
    1.4.1 煤的气相氧化及其机理  19-25
    1.4.2 煤的液相氧化及其机理  25-26
  1.5 光催化氧化  26-29
    1.5.1 煤的光催化氧化  28-29
  1.6 腐植酸  29-31
    1.6.1 腐植酸的化学组成、结构和性质  29-30
    1.6.2 煤中腐植酸的提取  30
    1.6.3 腐植酸的应用  30-31
  1.7 本课题的研究思路和技术路线  31-33
    1.7.1 本课题的研究思路  31-32
    1.7.2 本课题的技术路线  32-33
2 煤的固定床光-热耦合氧化研究  33-57
  2.1 实验仪器与原料  33-34
    2.1.1 实验仪器及设备  33
    2.1.2 主要原料与试剂  33-34
    2.1.3 实验流程图  34
  2.2 煤样的制备  34-35
    2.2.1 煤样的破碎  34-35
    2.2.2 原生腐植酸的提取分离  35
    2.2.3 FHC 样脱灰  35
  2.3 煤的光氧化与热氧化耦合试验  35-36
    2.3.1 光-热耦合氧化反应器  35-36
    2.3.2 煤的光氧化和热氧化  36
  2.4 产物分析及表征  36-41
    2.4.1 气相色谱分析  36-37
    2.4.2 腐植酸产率测定  37-38
    2.4.3 煤的总酸性基的测定  38-40
    2.4.4 SEM 分析  40
    2.4.5 元素分析  40
    2.4.6 红外光谱分析  40
    2.4.7 GC/MS 分析  40-41
  2.5 结果与讨论  41-55
    2.5.1 煤的光-热耦合氧化条件对气体产物组成的影响  41-47
    2.5.2 光-热耦合氧化对 FHMC 的总腐植酸含量的影响  47
    2.5.3 光-热耦合氧化对酸性官能团含量及分布的影响  47-49
    2.5.4 光-热耦合氧化对 FHMC 的表面形貌的影响  49
    2.5.5 元素分析  49-50
    2.5.6 红外光谱分析  50-52
    2.5.7 GC-MS 分析  52-55
  2.6 小结  55-57
3 煤的浆态床光氧化研究  57-78
  3.1 实验部分  57-61
    3.1.1 主要仪器与设备  57-58
    3.1.2 主要原料与试剂  58
    3.1.3 腐植酸提取装置  58-59
    3.1.4 实验流程图  59
    3.1.5 煤的氧化  59
    3.1.6 煤中腐植酸的提取  59-60
    3.1.7 腐植酸的脱灰  60
    3.1.8 腐植酸的分级  60
    3.1.9 腐植酸提取率计算  60
    3.1.10 腐植酸E4/E6 的测定  60-61
  3.2 腐植酸表征  61-62
    3.2.1 元素分析  61
    3.2.2 红外光谱  61-62
    3.2.3 紫外-可见吸收光谱  62
    3.2.4 GC/MS 分析  62
  3.3 结果讨论  62-76
    3.3.1 腐植酸的产率分析  62-64
    3.3.2 不同因素对腐植酸提取的影响  64-65
    3.3.3 煤中腐植酸的元素分析  65-66
    3.3.4 煤中腐植酸的红外光谱分析  66-70
    3.3.5 煤中腐植酸的紫外-可见吸收光谱分析  70
    3.3.6 煤中黄腐酸 GC-MS 分析  70-76
  3.4 小结  76-78
4 光-热耦合氧化机理研究  78-84
  4.1 神府煤的组成结构  78-79
  4.2 光化学氧化反应及热化学氧化反应差异  79-82
    4.2.1 光氧化反应及热氧化反应的一般原理  79-81
    4.2.2 神府煤光氧化和热氧化研究主要实验事实  81-82
  4.3 煤的光-热耦合氧化机理  82-83
    4.3.1 基本假设  82
    4.3.2 光-热耦合作用机理  82-83
  4.4 小结  83-84
5 结论  84-85
致谢  85-86
研究展望  86-87
参考文献  87-93
附录  93
  攻读硕士学位期间参加的会议及发表的论文  93

神府煤的光—热耦合氧化研究

内容摘要

全文目录

相似论文