1、煤結(jié)構(gòu)研究的化學(xué)研究法,組員：熊 卓 1015010118王鐵柱 1015010121徐飛飛 1015010124李 勇 1015010127周 皓 1015010130,煤,煤-植物遺體經(jīng)過生物化學(xué)作用，用經(jīng)過物理化學(xué)作用轉(zhuǎn)變?yōu)榈某练e有機(jī)礦產(chǎn)，是多種高分子化合物和礦物質(zhì)組成的混合物，它是極其重要的能源和工業(yè)原料。 煤的煤化程度由淺到深分別為泥炭 褐煤 煙煤 無煙煤 煤處于不同煤化階段時(shí)，煤中的元素含量不同，因而結(jié)構(gòu)也會(huì)明顯不同。,煤的結(jié)構(gòu),煤的結(jié)構(gòu)-包括煤有機(jī)質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)(大分子結(jié)構(gòu))和煤的物理空間結(jié)構(gòu)。 煤中的主要結(jié)構(gòu) 煤大分子基本結(jié)構(gòu)單元的核(芳香核) 烷基側(cè)鏈和官能團(tuán) 橋鍵 低分子化合

2、物,煤的結(jié)構(gòu),煤的化學(xué)結(jié)構(gòu)模型 Fuchs模型 Given模型 Wiser模型 本田模型 Shinn模型 煤的物理結(jié)構(gòu)模型 Hirsch模型 交聯(lián)模型 兩相模型 單項(xiàng)模型 煤結(jié)構(gòu)的綜合模型,煤的結(jié)構(gòu)研究方法,物理研究方法-利用高性能的現(xiàn)代分析儀器，如紅外光譜儀、核磁共振儀、X射線衍射儀、掃描電鏡等對(duì)煤的結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)定和分析，從中獲取煤結(jié)構(gòu)的信息。 化學(xué)研究方法-對(duì)煤進(jìn)行適當(dāng)?shù)难趸浠?、鹵化、水解等化學(xué)處理，對(duì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析測(cè)定，并據(jù)此推測(cè)母體煤的結(jié)構(gòu)。 物理化學(xué)研究方法-利用溶劑萃取手段，將煤中的組分分離并進(jìn)行分析測(cè)定，以獲取煤結(jié)構(gòu)的信息。,煤的官能團(tuán),煤的官能團(tuán)：與煤結(jié)構(gòu)中芳香烴連接的化

3、學(xué)基團(tuán)。 煤其主要成分為碳、氫、氧和少量的氮、硫或其他元素。硫是煤最主要雜質(zhì)之一。 根據(jù)煤的主要成分，我們可以得知-煤的官能團(tuán)主要為含氧官能團(tuán)以及含硫官能團(tuán)。,煤的化學(xué)官能團(tuán)的研究,主要研究方法 物理研究法-紅外光譜(HR)-Raman光譜 化學(xué)研究法-主要對(duì)含氧官能團(tuán)的研究 主要官能團(tuán)種類 含氧官能團(tuán) 含硫和含氮官能團(tuán),煤的含氧官能團(tuán),煤分子中的含氧官能團(tuán)有羥基(-OH)、羧基(-COOH)、甲氧基(-OCH3)、羰基(C=O)和醚鍵(-O-)等。 通過紅外光譜儀測(cè)定，煤中含氧官能團(tuán)隨煤化程度提高而減少。其中甲氧基消失的最快，在年老褐煤中幾乎不存在了；其次是羧基，到了煙煤階段，羧基的數(shù)量大大

4、減少到中等煤化程度的煙煤中基本消失；羥基和羰基在整個(gè)煤化階段均存在，甚至在無煙煤階段還有發(fā)現(xiàn)。 泥炭 褐煤 煙煤 無煙煤 甲氧基(消失) 羧基(消失) 羥基和羰基(可能存在),煤的含硫官能團(tuán),煤分子中的含硫官能團(tuán)與含氧官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)類似，包括硫醇、硫醚、二硫醚、硫醌及雜環(huán)硫等。 理論上，含硫官能團(tuán)隨煤化程度的提高有減少趨勢(shì)，但由于煤中有機(jī)質(zhì)中硫的含量不高，其他因素往往掩蓋了煤化程度的影響。,煤中的含氮官能團(tuán),煤中的含氮官能團(tuán)主要以六元雜環(huán)、吡啶環(huán)或喹啉環(huán)等形式存在，其次還有胺基、亞胺基、睛基、五元雜環(huán)吡咯和咔唑等。由于煤中的氮含量一般在1%-2%，故一般不以含氮官能團(tuán)的變化討論煤的不同煤化階段的

5、性質(zhì)變化。 同煤中的含硫官能團(tuán)一樣，煤中的含氮官能團(tuán)理論上隨煤化程度的提高有所減少，但由于含量不太高，被其他因素影響掩蓋了變化。但是從一些數(shù)據(jù)也可以看出，氮含量隨煤化程度的提高而下降。,測(cè)定煤結(jié)構(gòu)的化學(xué)方法,氫化-通過把煤加氫液化為液體，分析液體中的物質(zhì)來確定煤結(jié)構(gòu)的方法 氧化-通過氧化解聚研究煤的大分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及從中獲取有機(jī)化合物，典型產(chǎn)物為含氧有機(jī)化合物 鹵化 水解-煤用堿進(jìn)行水解，產(chǎn)生少量可溶于堿的降解產(chǎn)物，產(chǎn)物具有酚的或酸的性質(zhì),煤的氧化解聚研究煤結(jié)構(gòu)的方法,空氣或氧氣氧化法 空氣或氧氣/堿氧化法 空氣或氧氣濕法非催化氧化法 空氣或氧氣干法氧化法 化學(xué)氧化法 H2O2氧化法 釕離子催化

6、氧化法 NaOCl水溶液氧化法 重鉻酸鈉法 高錳酸鉀法,NaOCl水溶液氧化法,NaOCl作為一種方便、易得和環(huán)境友好的氧化劑，具有安全，反應(yīng)條件溫和等特點(diǎn)。 19世紀(jì)70年代首次被應(yīng)用于煤及其模型化合物的氧化。認(rèn)為能夠形成穩(wěn)定碳負(fù)離子共振結(jié)構(gòu)的化合物均能發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)性受烯醇式共振結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、吸電子基團(tuán)的誘導(dǎo)效應(yīng)和反應(yīng)物的立體結(jié)構(gòu)所影響。,NaOCl水溶液氧化法 反應(yīng)機(jī)理：,NaOCl水溶液氧化法,宮貴貞等研究了溫和條件下不同程度的煤在NaOCl水溶液中的氧化解聚情況，并用GC/MS對(duì)所得產(chǎn)物進(jìn)行了詳細(xì)分析。檢測(cè)到大量的水溶性苯多酸、脂肪酸和一定量的氯代產(chǎn)物，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明NaOCl可有效降解煤的大分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，NaOCl氧化煤有望成為研究煤的結(jié)構(gòu)和高效利用的有效方法。,煤結(jié)構(gòu)的其他測(cè)定方法,由于時(shí)間有限，故而不在此做詳細(xì)介紹。,參考文獻(xiàn)：,煤化學(xué) 第二版 主編 張雙全 徐進(jìn) 敬益武 煤田地質(zhì)與勘探 2001 第5期 - 維普資訊網(wǎng) 王旭珍，顧永達(dá)，盛國(guó)英GCMS分析煤抽出