煤族组分结构特征研究进展

1、 煤族组分结构特征研究进展 摘要：文章通过研究方法及组成结构方面对煤族组分进行了的综述，详细介绍了CS2/NMP萃取反萃取法，并讨论了煤碳未来利用。 关键词：煤族组分；结构特征；研究进展 煤是世界上最丰富悠久的化石资源，人们生活生产上处处都要用到煤，它的主要利用方式有燃烧、气化和炼焦。但无论哪一种方法都存在成本高、操作难、产品附加值低及环境污染等问题。相比之下，石油却预先分离成各具特色的族组分，再采用不同的加工，达到了全组分的高效合理利用。研究煤中小分子化合物，准确认识煤的结构和类聚机理成了煤科学中根本问题： 小分子化合物直接影响煤的黏结性和结焦性，间接影响煤的利用效率；部分小分子化合物会导致

2、污染；煤族组分的结构和类聚机理指导煤碳利用的多样化。 1煤族组分的组成结构特征研究方法 研究煤有机质结构特征采用的方法主要有各种仪器分析方法、化学方法和生物降解技术等。 仪器分析方法是最基础的方法。主要有x射线法：用于煤微晶（非晶）态结构、芳香结构、孔尺寸、杂原子（N、O、S）结合形式及元素环境、内比表面积及结构的确定；红外光谱法：大分子和原子间的振动光谱，确定官能团及相对含量；核磁共振法（NMR）：确定碳芳香度和其他碳分数及分子构型；质谱法（Ms）：确定芳环数和烷基取代基中的碳原子数；电子显微镜法：研究煤的微组分及细孔。此外，还有紫外吸收、色谱分析和色质谱分析、Auger电子能谱和Raman

3、光谱等。 2煤族组分的组成结构特征研究进展 由于仪器研究早已成熟，在此仅讨论化学分离研究热点，有机溶剂分离煤组分的进展。 有机溶剂萃取分离煤始20世纪初，Wheeler等依次用吡咯、氯仿、石油醚、乙醚、丙酮萃取原煤，得残渣(a)、氯仿不溶物（p）、石油醚可溶物（1）、乙醚可溶物（2）、丙酮可溶物（3）和不溶物（4）。由于除a外的族组分都是吡咯可溶物，因此煤主体a族并没有得到分离。 此法改进为一种常用于煤反应后所得液固混合物的族组分分离方法：依次以己烷、苯和吡咯萃取原煤，得油、沥青烯、前沥青烯和残渣。但其最大溶解力仍 以吡咯级为限。 80年代，Iino等发现CS2-N-甲基-2-吡咯烷酮（CS2

4、/NMP）混合剂在常温常压下能快速溶解某些煤。从此，混合溶剂萃取研究煤结构成为热潮。如魏贤勇等在此基础上用CS2 / NMP常温超声辐射萃取原煤，得混合溶剂可溶物（MssF）和残渣，再用四氢吠喃、苯和正已烷依次萃取MSSF，相应得到重质沥青烯（HA）、前沥青烯、沥青烯和油。他从a族中分离出了HA族。但由于对族组分的划分和萃取剂相关，此法仅限于理论研究。 其后，魏贤勇等还利用CS2 / NMP溶剂的优良溶煤能力及TCNE和TCNQ等受电子试剂的增溶作用，使大分子可溶化，并用仪器分析其结构，提出了煤中可溶有机质大分子的可分离和非破坏性分析的设想。 近年，有研究发现，在MssF加入第3种溶剂作反萃取

5、剂多级萃取出NMP可得超低灰精煤、粘结组分和轻质组分，加上先期分出的CS2 / NMP混合溶剂的萃余物，将煤分离成四大族组分，如图1所示。 这种方法又称为萃取和反萃取法，得到的是自然状态下煤的各组分，可直接证据煤中存在粘结组分，促进煤族组分分离的研究，并将指导未来可望开展的煤中各族组分的精细加工和转化。 3展望 根据上述所说以及煤有机质溶出行为与煤嵌布结构模型，可以猜想煤的小分子结构或许是和它的附着物有关，不同型的分子居住在不同的煤巢里，或许萃取液断裂煤分子与煤巢间的连接键；再者，煤碳的形成需要几千年，这过程中还伴随着C元素的衰变，可据此推测出煤的原始状态及作为植物的生存年代，在利用生物学和现在的实验结果会方便研究结构及类聚机理；同时，了解后可用电脑模拟植物变成煤的过程，机械化分析煤碳结构。 参考文献： 1 王娜,孙成功,李保庆.煤中低分子化合物研究进展J.煤炭 转化,1997,20(3):19-21. 2 李晓东,傅钢,尤孝方,等.不同煤种燃烧生成多环芳烃的研 究J.热能动力工程,2003,18(2):125-