煤大分子在有机溶剂中的溶解溶胀行为及其交联本性

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1、维普资讯http://www.cqvip.com华东理工大学学报Vo1．z4No．3JournalofFastChinaUnlvers[tyofScienceandTechnology1998—06煤大分子在有机溶剂中的溶解溶胀行为及其交联本性+高晋生．陈颜涌捷；D(华东理军与学院，上海2o0237)提要：采用溶剂抽提与溶胀法研究了煤一煤厦煤一溶剂阍非共价键力对煤大分子溶胀行为的影响。煤在非极性溶剂中的溶胀行为反映了煤一煤分子问作用力的大小，煤在碳含量81～83范围内有最小的分子间作用力，溶胀率最大。煤在极性溶

2、剂中的溶胀行为由煤一溶剂间作用强弱凌定，其溶胀率随碳含量增加而减小。煤大分子交联链性质包括共价与非共价交联两部分的贡献。共价交联存在于蛄构单元之阍，非共价交联主要存在于片断之间，部分存在于蛄构单元之问。关键词苎蓬型塑堡；奎坠差堕竺中围分类号：TQ530孙．手化学煤的溶剂抽提是传统的煤化学研究方法之一。近年来由于对洁净煤技术的重视，特别是采用Ⅳ一甲基一2一吡咯烷酮(NMP)和CS混合溶剂在常温下获得高达60～80的抽提率-之后，这一方面的研究又重新活跃起来。80年代以来采用高分子物理学中的溶胀平衡理论研究煤大分子

3、交联键结构的工作得到了发展，发现大多数煤的溶胀行为偏离共价交联聚合物应遵循的正规溶液理论较远]，且煤的溶胀是不可逆的口]，以及煤中以非共价键结合的部分(溶剂可溶物)也有溶胀性等]。这些结果表明煤大分子交联键性质有4于共价交联，其溶胀行为也有特殊性。将溶剂抽提法与溶胀法相结合研究煤的结构和性质是一大进步，故受到广泛重视，从而引起了关于煤分子间交联键本性的争论。本文以我国的几种典型煤为对象，通过溶剂抽提和溶胀行为的研究，力图阐述非共价键在煤分子间结合中的作用，或许可为正在开发中的煤温和转化技术提供一些有益的信息。1

4、实验部分1．1实验用煤样煤样粉碎后取100~200目部分，80。C直空干燥5h后保存备用，其工业分析和元素分析结果列于表1。1．2溶剂抽提国寰自然科学基金资助项目(29276244)和国家教委博士点基金资助项目(9425110)理在中国矿业大学馆掉利用与化学工程幕-撩押221008收藕日期1997—09—15维普资讯http://www.cqvip.com第3期高晋生等：煤大分子在有机溶荆中的溶解溶雕行为及其交联奉性．319．吡啶、环己酮和四氢呋喃分别采用N保护下的索氏抽提法NMP—cS(1；l，V／V)抽提在

5、室温和超声波条件下进行，重复6～9次至抽出液近无色，详见文献r6]。抽余煤经丙酮洗涤，继在8O。c真空干燥后供溶胀率测定用。1．3溶胀宰测定溶胀率测定在3mlTl(i，d．)×120I"nm的平底玻璃管中进行，测定溶胀前后煤层高度，溶胀率Q=H／H，详见文献[2，3]。本工作研究抽余煤的溶胀行为基于两点，一是可避免煤中溶剂可溶部分改变溶胀率测定所用溶剂的性质；二是煤大分子交联结构(特别是共价交联)应更多地存在于抽余煤中，其溶胀行为能更好地反映煤太分子的交联结构特点。1．4煤样的预处理义马褐煤用3mol／L盐酸煮

6、沸处理lh(液同比40g：200mL)，然后水洗至中性，80。c真空干燥；烟煤用1J3mol／L氢氧化钠在高压釜内180。c下处理1h(液固比40gtl6mL)，然后再用上述方法进行酸处理。2结果与讨论2．1煤的溶剂抽提结果煤样在吡啶，环己酮，四氢呋喃和NMP—CSz(1：l，v／v)混合溶剂中的抽提率列于表2。裹2煤样的涪；il抽提率’(“)Table2Solvent—extractionyieldotcoalsamples()·Basedondat"coal一]~ecovex'yyield．(曲alextr

7、B．c*~+residue)／parentcoal维普资讯http://www.cqvip.com华东理工大学学报弟24卷由表2可见，同一溶剂对不同煤阶的煤或不同溶剂对同一种煤均有不同的抽提率。吡啶是煤抽提中普遍采用的溶剂，对烟煤的抽提率在2o％2~，本实验结果也在这一范围。环己酮是作者用于煤抽提的溶剂，其抽提性能与吡啶相仿，但没有后者难闻的气味。它对兖州煤的抽提率最高。环己酮作为煤抽提用溶剂，存在的问题是溶剂难以从抽出物中较彻底地除去，导致前期工作中的抽提率偏高。NMP—cSz对几种煤的抽提率都高于环己酮，对

8、枣庄煤的抽提率达到6O．8。在肯定不破坏化学键的抽提条件下，枣庄煤能达到这样高的抽提率说明至少有6O的煤分子之间不可能是以共价交联结合的。这里采用的四种溶剂都是含氧或含氮的环状极性化合物，它们与煤分子间通过形成氢键和电子给予一接受键，从而削弱甚至完全破坏了原来煤分子间的结合，使部分煤分子或分子团溶解。由于溶剂与煤分子间的作用力还不是决定煤分子溶解的充分条件，后者还与煤分子大小和能否扩散