新疆硫磺沟煤超声萃取物的分离与分析

李敬伟 刘浩 於舜尧 周俊

摘 要：為了研究新疆硫磺沟煤中可溶物的组成结构，采用超声辐射的方法，选择有机溶剂甲醇对原煤进行萃取，对萃取物进一步采用柱层析的方法进行分离。红外光谱分析表明，新疆硫磺沟煤的可溶物中含有芳烃、烷烃、烯烃、炔烃、酮类等物质，为获得煤中高附加值的有机化学品奠定了理论基础。

关键词：新疆硫磺沟煤；超声萃取；柱层析分离；高附加值

煤与石油、天然气一样，本身并不能造成环境污染，而是人们从分子水平上对煤的组成结构认识太少，从而在研究煤转化以及洁净高效利用煤资源技术的开发方面长期未取得突破。因此，在煤能源高效洁净利用的过程中，对煤中的有机物质的组成结构形成确切的认识，是在煤能源高效洁净利用过程中首先要解决的问题[1-2]。

近年来，柱层析分离逐渐应用到煤化学的研究领域当中。王晓华等[3]对六枝和贵州月亮田这两种原煤用甲醇/苯混合溶剂分别进行索氏萃取，用柱层析的方法对萃取物进行族组分分离，对各洗脱物进行气相色谱法/质谱法（Gas Chromatography/Mass Spectrometry，GC/MS）分析，结果表明，各洗脱物的产物主要可分为脂肪族、芳香族和极性较大的非烃洗脱物。

本研究对甲醇超声萃取物进行柱层析分离，洗脱剂依次选用石油醚、石油醚/乙酸乙酯9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5（V/V）洗脱，对各个馏分采用红外光谱分析可溶物的化学结构。

1 实验

1.1 仪器与试剂

实验中主要用到的设备及其规格如表1所示。

实验使用的甲醇、乙酸乙酯、乙醇和石油醚等溶剂都是市售分析纯试剂。所用的原料新疆硫磺沟煤的工业分析及元素分析数据如表2所示。

1.2 实验步骤

称取质量为20 g的新疆硫磺沟煤，倒入500 mL的烧瓶中，加入400 mL的甲醇，用洁净玻璃棒充分搅拌后，用保鲜膜将烧杯封好，并贴上标签，放置在已经加热到设定温度50 ℃的超声清洗机中，超声萃取1 h，待萃取完毕后，静置24 h。然后，用布氏漏斗和抽滤瓶进行抽滤得到滤液，倒入500 mL的蒸馏瓶中用旋转蒸发仪蒸干，再用丙酮溶解后转移到样品瓶里，自然干燥就能得到萃取物，称重。

采用湿法装柱、干法上样的方法进行柱层析的准备工作，依次使用石油醚、石油醚/乙酸乙酯9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5（V/V）进行洗脱。用100 mL的接收瓶连续接收洗出液，接好5瓶之后，倒入500 mL的烧瓶中，利用旋转蒸发仪蒸去洗脱液，滴加适量丙酮超声振荡溶解，用胶头滴管将洗脱物移至已称量贴好质量标签的称量瓶中。

对柱层析后的产物进行红外光谱分析。采用溴化钾压片方法制样，然后将此薄片放入仪器光束中进行测定。扫描范围为4 000～400 cm-1，扫描次数为32次，光谱分辨率为8 cm-1。

2 结果与讨论

甲醇萃取物经柱层析分离所得洗脱物的红外谱图对比如图1所示。

从图1中可以看出，6者在3 650～3 300 cm-1区域都出现—OH和—NH基团的伸缩振动，说明样品中都含有醇、酚类物质。只有石油醚洗脱物的红外谱图没有在2 600～2 100 cm-1处出现—C≡C—伸缩振动吸收峰，其他洗脱物的红外谱图均有出现。石油醚和石油醚∶乙酸乙酯为9∶1（V∶V）洗脱物的红外谱图在1 680～1 620 cm-1处未出现烯烃的C=C伸缩振动吸收峰，其他洗脱物的红外谱图均有出现。石油醚和石油醚∶乙酸乙酯分别为9∶1、8∶2（V∶V）洗脱物的红外谱图在1 850～1 700 cm-1处出现C=O伸缩振动吸收峰，而随着洗脱剂的淋洗，石油醚∶乙酸乙酯为7∶3、6∶4、5∶5（V∶V）淋洗所得洗脱物的红外谱图中未出现。随着柱层析洗脱剂的淋洗，所得洗脱物的红外谱图吸收峰越来越少，甲醇萃取物得到分离。

3 结语

甲醇萃取物经柱层析分离，可以有效实现新疆硫磺沟煤中部分芳烃、烷烃、烯烃、炔烃、酮类等物质的分离，为获得煤中高附加值化学品奠定了基础。

[参考文献]

[1] 周俊，宗志敏，魏贤勇.褐煤中可溶有机质的研究[J].化工进展，2013，32（9）：2085-2091.

[2] 聂银元.大力推进煤的清洁高效利用[J].能源研究与利用，2018（6）：39-40.

[3] 王晓华，夏美丽，薛晓宏，等.两种贵州煤苯-甲醇萃取物族组成分析与萃取动力学表征[J].洁净煤技术，2006，12（1）：61-63.

Separation and analysis of ultrasonic extraction of Xinjiang sulphur ditch coal

Li Jingwei， Liu Hao， Yu Shunyao， Zhou Jun

（School of Material and Chemical Engineering， Xuzhou University of Technology， Xuzhou 221000， China）

Abstract：In order to study the structure composition of soluble materials in Xinjiang sulfur ditch coal， the organic solvent methanol was selected to extract raw coal by ultrasonic radiation， and the extract was further separated by column chromatography. Infrared spectrum analysis shows that the soluble materials of Xinjiang sulfur ditch coal contain aromatics， alkanes， olefins， alkynes， ketones and other substances， which lay a theoretical foundation for obtaining organic chemicals with high added value in coal.

Key words：Xinjiang sulphur ditch coal； ultrasonic extraction； column chromatography； high value-added