煤大分子化合物结构测定及模型构建

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-甲基吡咯烷酮（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THF、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抽提物的分子量分布范围为110～2220amu,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。THF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9650amu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一步溶解,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29,900amu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1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-Pak Cartridge C18)/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以卟啉环为主的大分子化合物单元,74amu可能的结构形式为:C4H10O,C3H6O2。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、蒽、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喃、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。