丙酮/石油醚超声萃取新疆长焰煤及萃取物的分析

王德胥，甄雪倩，赵小康，刘晓悦，祝 超，周 俊

(徐州工程学院化学化工学院，江苏 徐州 221000)



丙酮/石油醚超声萃取新疆长焰煤及萃取物的分析

王德胥，甄雪倩，赵小康，刘晓悦，祝 超，周 俊

(徐州工程学院化学化工学院，江苏 徐州 221000)

选用两种混合有机溶剂石油醚/丙酮对新疆长焰煤进行超声萃取，然后对萃取物进行常压过滤分离，通过称量计算各级萃取率，采用红外光谱分析萃取物的结构。结果表明新疆长焰煤在石油醚/丙酮超声萃取率大约为3.8%。对各级萃取产物的红外光谱分析表明：新疆长焰煤中可能含有大量烷烃、苯环、稠芳环、杂环、含氮、含磷等化合物。实验所用的新疆长焰煤为低阶煤，对其结构进行更加深入的研究，可以使其实现更高效的利用。

新疆长焰煤；超声；萃取；红外光谱

煤在短时间内不可以再生，但是煤在我国的能源结构中有着主要的位置。我国的煤的一年需要消耗大约有35亿吨[1]，据可靠数据统计我国还可以开采的煤估计还有2000亿吨，最多还能开采大约60年。这会使整个社会早早的的步入能源消耗殆尽的世纪，同时燃烧释放出来的各种气体和有害物质会严重破坏生态环境，因此把煤进行合理转化并对其综合利用具有跨时代的深远意义[2]。

煤本身并不是污染源，由于人们对煤的组成以及分子水平上的结构了解的很少，煤转化利用方式的理论研究和开发煤的综合利用技术目前还是没有获得重大突破。实践证明许多具有高附加值的精细化学品可以从煤中得到，市场竞争前景一片大好[3]。国内外大量实验研究表明：把高附加值的“特异化学品”利用液化技术从煤中分离出来是煤炭综合利用最合理有效的途径之一[4]。

长焰煤是一种最年轻的烟煤，其煤化程度仅高于褐煤，在中国煤炭分类国家标准中分类为煤化程度最低的烟煤，属于低阶煤的一种，低阶煤占全球已探明储量的57%[5]。和高阶煤相比，低阶煤被视为劣质燃料是因为其存在高灰分、低热值、低灰熔点、热稳定性差等诸多问题，但他们保留了相对完整的成煤植物的大分子结构且含氧量较高[6-7]，这也为从低阶煤中分离和提取高附加值的有机化合物提供了机遇。

对煤进行红外光谱分析主要是提供煤中的主要官能团、脂肪、芳香环结构等其他方面的相关结构信息。王玉高[8]利用红外光谱分析霍林郭勒褐煤超临界乙醇解产物的结构。孙昊等[9]用红外光谱的方法对徐州镜煤的各级萃取物进行了定性和定量分析。

本论文采用石油醚/丙酮为溶剂，并将新疆长焰煤在常温常压下进行超声萃取，采用常温常压过滤的方法分离萃取物。采用傅立叶红外光谱仪对萃取产物进行研究，推断新疆长焰煤中可溶小分子的可能结构。

1 实 验

1.1 仪器与试剂

PPH-T03电热恒温鼓风干燥箱，北京中兴伟业仪器有限公司；YH-791电子天平，上海方瑞仪器有限公司；JM-A10002傅立叶变换红外光谱仪，德国布鲁克光谱仪器公司；MT-65超声波清洗机，深圳市洁盟清洗设备公司。

实验使用的溶剂丙酮、石油醚、都是市售分析纯试剂。所用的原料新疆长焰煤的工业分析及元素分析数据列于表1。

表1 样品的工业分析与元素分析

daf: dry and ash-free base;Mad: moisture (air dried base);Ad: ash (dry base, i.e., moisture-free base);Vdaf: volatile matter (dry and ash-free base).

1.2 实验步骤

将新疆长焰煤快用粉碎机粉碎，用研磨机制成煤粉，然后放在烘干箱中充分干燥。称取干燥好的新疆长焰煤10 g加入100 mL的石油醚/丙酮(1:1，φ)的混合溶剂，封上保鲜膜放置在超声波清洗机中超声萃取30 min。过滤得到滤液放在自然条件下挥发干得到产物，得到的滤渣继续使用100 mL的新鲜混合溶剂萃取。如此重复操作五次，称量每份萃取物的干燥后的重量后合并五份萃取物，计算产率并进行红外光谱分析。

2 结果与讨论

干燥后各级萃取物的重量如表2所示。

表2 各萃取物的重量

根据公式(1)计算萃取率：

萃取率×100% (1)

由表3可以看出新疆长焰煤的石油醚/丙酮的萃取率大约为3.8%。

图1 萃取率的变化趋势图

从图1可以看出第一次萃取到第二次萃取，萃取率升高；第三次萃取率和第二次萃取率相同；第四次萃取率较第三次变低；第五次萃取率较第四次萃取率又升高。

萃取物的红外光谱如图2所示。

图2 萃取物的红外光谱图

分析图2可以推测：

在4000～3500 cm-1中有很多较弱的吸收峰，说明在萃取物中可能含有R-H、-OH、R-NH2、CONH，则对应可能的化合物类型有烷烃、醇、酚、醚、胺与亚胺类、酰胺类化合物。

在大约3200 cm-1处有一个很强的吸收峰，可能含有的基团有-OH、-NH、Si-H对应的化合物类型有醇、酚、醚、氨基酸、硅化合物。

在2918 cm-1附近处有两个反向的吸收峰，可能含有-CH2-、CHO，可能有的化合物类型有烷烃、醛类。

在1600～1400 cm-1之间出现很多吸收峰且在1400 cm-1附近有个强的吸收峰，可能含有苯基、吡啶、(CH3)3C、CO-NH2、乙醇对应的化合物有含苯化合物、胺盐、酰胺、醇类等化合物。

在1000～500 cm-1处，出现较多的吸收峰，可能含有的基团有亚甲基、苯环、苯基等，对应可能的化合物类型有烷烃、芳环烃等化合物。

3 结 论

从新疆长焰煤中获得可溶性的小分子并通过分析萃取物的红外光谱对其进行结构研究，为新疆长焰煤的高附加值利用提供了重要的理论基础。

[1] 袁银梅,郑明东,李朝祥. 煤结构研究及其在新材料制备中的应用[J]. 煤化工, 2004(2): 47-50.

[2] 郭崇涛. 煤化学[M]. 北京: 化学工业出版社, 1994:62-75.

[3] Zhou J, Zong Z M, Chen B, et al. The enrichment and identification of methyl alkanones from thermally soluble Shengli lignite[J]. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, 2013, 35 (23): 2218-2224.

[4] Song C S. Chemicals and Materials from Coal. State of the Art and New Opportunities for Research[A]. In: Li Baoqing, Liu Zhenyu, eds. Prospects for Coal Science in the 21# century[C].Taiyuan, 1998: 897-900.

[5] 程守云，闫铁雷. 国内低阶煤干燥技术的工业应用新进展[J]. 广州化工，2002，40 (16)：25-26.

[6] Hatcher P G, Breger I A, Szeverenyi N, et al. Nuclear magnetic resonance studies of ancient buried wood-II. Observations on the origin of coal from lignite to bituminous coal[J]. Organic Geochemistry, 1982, 4(1): 9-18.

[7] Ralph J P, Catcheside D E A. Action of Aerobic Microorganisms on the Macromolecular Fraction of Lignite[J]. Fuel, 1993, 72 (12): 1679-1686.[8] 王玉高,魏贤勇,李鹏,等. 霍林郭勒褐煤超临界乙醇解机理分析[J]. 燃料化学学报,2012,40(3):263-266.

[9] 孙昊,江春,秦志宏.徐州镜煤分级分次萃取物的FTIR分析[J]. 煤炭转化,2006,29(4):30-33.

Ultrasonic Extraction of Xinjiang Changyan Coal with Acetone/Petroleum Ether and Analysis of Their Extract

WANGDe-xu,ZHENXue-qian,ZHAOXiao-kang,LIUXiao-yue,ZHUChao,ZHOUJun

(School of Chemical Engineering and Technology, Xuzhou Institute of Technology, Jiangsu Xuzhou 221000,China)

Two kinds of mixed organic solvent of petroleum ether/acetone were used to extract Xinjiang Changyan Coal with ultrasonic concussion and then the extraction was filtrated at normal pressure. The extraction rate was calculated by weighing and the compound type of extraction products were analyzed by infrared spectroscopy. The rate was about 3.8% by calculating the ulterasonic extraction. The products at all levels of compound type were analyzed by infrared spectrometer. The results showed that Xinjiang Changyan Coal may contain a large number of alkanes, benzene ring, fused aromatic rings, heterocyclic, nitrogen, phosphorus and other compounds. Xinjiang Changyan Coal is one kind of low rank coals used in the experiments, taking more in-depth research in its structure, it can make more efficient use.

Xinjiang Changyan Coal; ultrasonic; extraction; infrared spectrum

江苏省高校自然科学基金项目(No: 15KJB480003)；徐州工程学院科研项目(No: XKY2014311)；徐州工程学院2016年大学生创新创业训练计划项目(No: xcx2016095)。

王德胥(1993-)，男，学生，专业方向：高分子材料的研究和开发。

周俊(1979-)，女，博士，讲师，主要从事重质碳资源的高效利用和原料药的研究和开发。

TQ529.1

A

1001-9677(2016)022-0071-03