探索煤大分子化合物结构测定及模型构建

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1、太原理工大学博士学位论文煤大分子化合物结构测定及模型构建姓名：叶翠平申请学位级别：博士专业：化学工艺指导教师：谢克昌;冯杰20080501太原理工大学博士研究生学位论文煤大分子化合物结构测定及模型构建摘要为得到能够反映煤种普遍规律的煤中大分子化合物结构，遵循“煤中可溶物有机物分子结构的可分离、非破坏性分析”原则，以十种中国典型动力用煤为研究对象，利用乙腈(ACN)、四氢呋喃(THF)、吡啶(Py)和N一甲基口比咯烷酮(NMP)为溶剂，采用柱色谱分离法，对煤样进行抽提、分离和分析。在认识我国典型动力煤各级抽提物的

2、芳环结构特征、分子量分布特点的基础上，比较了分离方式和吸附材料对富集过程和结果的影响。利用对分子量小于500amu小分子化合物的确认，考察了溶剂极性对分析过程的影响及其与样品作用机理。在同步荧光／液质联用仪对大分子化合物的分子结构特征研究的基础上，构建了煤大分子化合物结构模型。获得如下结论和结果：1．在溶剂抽提过程中，NMP与煤有机质相结合形成复杂络合物，多个NMP(MW=99amu)分子与抽提化合物缔合，形成质量差为97amu的化合物系列。ACN抽提物以2～3环的芳环结构为主，THF和Py抽提物以3～5环结构

3、为主，NMP抽提物以五环及五环以上的芳环结构为主。ACN抽提物以及T研、Py和NMP抽提物的甲醇可溶部分可反映煤中小分子相的结构特征。2．随着抽提溶剂极性增加，抽提物荧光光谱发生不同程度的红移。不同极性范围内的煤抽提物具有连续的分子量分布。ACN抽提物的分子量分太原理工大学博士研究生学位论文布范围为110-2220ainu，由含有两个双键的共轭体系、部分小分子芳烃和共轭多烯构成。Tm抽提物的分子量分布在3390amu以下，以芳香族化合物和小分子量(110amu以下)的脂肪族化合物为主。Py抽提物的分子量在965

4、0amu以下，以芳香度较高的极性化合物为主。3．抽提物以低分子量化合物为主，与煤种和煤阶无关。采用THF／NMP、混合溶剂为流动相，可使在单一溶剂THF中不能溶解的超大分子量化合物进～步溶解，极性组分的聚合减小甚至消失。抽提物的GPC结果分为分子量在29，900ainu以上的组分1和分子量从110amu～13，300amu的组分2。随碳含量增加，组分l的含量逐渐增大，在PS(79．32wt％，Cdaf)和YZ煤(76．62wt％，Cdaf)的抽提物中含量最高(Py抽提物约15wt％，NMP抽提物约为50wt％左

5、右)，然后随碳含量增加迅速下降，到CC煤(87．75wt％，Cdaf)为6．5wt％。4．C18(Sep—PakCartridgeC18)／聚合物(Oasis∞HLB)为吸附剂的固相萃取方法可以对抽提物中杂质进行分离，以硅胶为吸附剂的柱层析法，实现了大分子化合物的富集。除了HLH和XLT两种低碳含量的样品外，HDG、PS、YZ、SF、DT、YM、TF和CC样品的Py抽提物以及TF和SF样品的NMP抽提物的氯仿／乙醇馏分中，具有相同的分子量从592．5amu开始直到1932．0amu，质量间隔为74amu以卟啉环

6、为主的大分子化合物单元，74amu可能的结构形式为：C4H100，C3H602。此外，在HDG—C中还存在一个丰度较高的质量间隔为74amu的聚二甲基硅氧烷系列，分子量从535／540amu-1950．6amu。5．同步荧光法的结果表明，构成煤大分子的结构单元的主体为菲、葸、太原理1大学博十研究生学位论文芘等3～5环的缩合芳环和部分氢化芳环，同时存在少量的苯并呋哺、卟啉和噻吩等杂环芳环结构。6．综合同步荧光和液质联用表征数据，构建了能体现抽提特性的煤大分子结构模型。关键词：煤，溶剂抽提，大分子化合物，结构测定，

7、模型构建太原理工大学博士研究生学位论文CHARACTERlZATlONANDMODELING0FCOALHIGHMOLECULARWEIGHTCOMPONENTSABSTRACTNowthestructureofcoalextracts，especiallythatofthehighermolecularweight(HMW)pags(>500ainu)，whichdeterminatetheskeletonframeofcoalisstillambiguousproblem．Thesepartsincoals

8、tructuredecidethewholestructurethermalstabilityandaffectthefeaturesofcoalduringthefurtherprocessing．ToobtainthestructureandcompositionoftheHMWcomponents，theColumnChromatographic(CC)methodwasempl