张爱然，苗 洁，张珍珍，许国祥

（1.山西大同大学煤炭工程学院，山西大同 037003；2.河南北方红阳机电有限公司，河南南阳 474678）

煤中含有数量不一的可溶有机质，通常以游离状态或镶嵌形式存在于煤的立体结构中，主要由脂肪烃、芳烃和杂原子化合物构成[1]。最常用的研究方法为溶剂萃取法，其他诸如仪器分析法、超声-萃取结合法较为常用。可溶有机质主要是由于其物理性质和化学中的非共价键作用力与煤的大分子主要构成结构联系在一起，所以想要将这些可溶有机溶质进行萃取难度还是比较大[2]。

1 煤的溶剂萃取研究进展

1.1 煤的溶剂萃取

Marzec[3]、Jurkiewiez[4]等通过研究煤中大/小分子之间的作用，认为煤是通过电子的授-受作用形成分子络合物的。煤的溶剂萃取过程实质是对煤进行一系列极其复杂的取代作用，过程见图1。

图1 溶剂取代简化图

从溶剂和煤样的选择，到萃取，再到最终得到萃取产物，进而进行后续研究，整个思路，见图2。溶剂可选择的种类很多，可以是单一的，也可以是混合的；煤样也可以选择不同煤阶的；萃取过程方式也很多，如使用单一溶剂萃取、多种溶剂分级萃取，中间还可以辅以辅助手段等；得到的产物再进行后续的分析处理。

图2 溶剂萃取过程示意图

表征有机溶剂对可溶有机质萃取程度高低的参数有很多，其中比较重要且常用的就是萃取率，一般采用如下计算公式：

式中：E为萃取率，%；m1为萃取前原煤质量，g；m2为萃取后残煤质量，g；Aad为煤分析基灰分，%；Mad为煤分析基水分，%。

常见的萃取方法，见表1[5]。

表1 各种萃取方法的比较

1.2 煤的溶剂萃取物研究

实验所选萃取溶剂首要要求是有良好的扩散性，这样才能达到渗透和萃取作用。不同溶剂得到的萃取物不同，关于这方面的研究也比较多，见表2[6-7]。

表2 不同溶剂萃取物的组成

2 煤溶剂萃取的影响因素

有很多因素可以影响溶剂的萃取。例如：提高所用溶剂的萃取率(通过增加传质速率)，对萃取过程进行强化（通过改变采用萃取方式，适当提高萃取环境压力、萃取温度等），提高所选溶剂的渗透与扩散能力；此外，煤岩组分的差异、煤阶的不同、选用溶剂的种类不同、溶剂的溶胀作用、萃取时具体条件的差别及采取的辅助手段、选用的添加剂等，在一定程度上也会影响煤的溶剂萃取。

2.1 煤阶的影响

煤分子间的缔合作用方式有很多种，最主要是各类物理性质的缔合力（如氢键力、库仑力、π-π相互作用力、电荷转移力）及其产生的协同作用。在萃取发生时，若溶剂能顺利地破坏这些力，获得的萃取率也会提高。实验所取煤样的产地、煤层和煤阶不同，最终得到的强度数值、丰度值及其他分布规律也不尽相同。有学者在70 ℃的温度下，以吡啶为萃取溶剂，对四种煤阶不同的煤样（云南吉克的褐煤、河南常村的贫煤、山西大同的弱粘煤、山西平朔煤矿的气煤）进行萃取，发现煤阶不同，萃取效果也差异较大[8-9]。

2.2 煤岩组分的影响

萃取率的数值高低和煤的微观结构组成有直接关系，煤所含有机显微组分不同，溶剂的溶解能力和最终萃取率差别也较大。有实验证明，壳质组煤样和惰质组煤样的萃取率相对较低，而镜质组的煤样较高[10]。

2.3 溶剂的影响

可溶有机质必须有良好的渗透和扩散能力，随着后加入溶剂不间断地渗透，溶解过程才能持续进行。由于不同种类的溶剂含有很多性质各异的活性中间体，萃取时煤分子间作用力受破坏程度也不一样，萃取效果因溶剂种类各异而不同[11]。

萃取时使用单一溶剂往往得不到想要的结果，所以经常使用混合溶剂，当同时或先后采用两种及以上的溶剂萃取时，由于它们之间的协同相互作用和影响，使得混合溶剂溶解能力有较大程度的增强，萃取率往往高于单一溶剂[12-13]。

2.4 添加剂

添加合适的辅助添加剂对最终萃取率提高较大。学者们在这方面做了大量研究，比如在CS2-NMP 混合溶剂（CS2-N-甲基-2-吡咯烷酮）中加入添加剂（如间苯二胺、对苯二胺、邻苯二胺、四氰乙烯等）后，最终萃取率数值均有不同程度的增大，甚至可以改变萃取产物的物质组成[13]。

2.5 辅助手段

萃取时的辅助强化手段非常多，一般都是使用比较先进的技术手段，如微波/紫外辐射、超声照射、化学手段处理等。其中微波辅助萃取最为常用，与其它手段相比有以下优势：加速过程更均匀、萃取速度更快效率更高、具有一定的生物效应、有更大的选择性等。目前国内这项技术大多还应用于食品和环境分析上，在煤的萃取中也是刚起步，前景不错。

3 结语

通常采用溶剂萃取法将煤中溶解的可溶有机质从煤中萃取出来进行研究，影响这种方法的因素有很多，如萃取方式的选定、环境温度及压力的影响、萃取溶剂黏度高低、传质速率快慢等；另外，诸如煤岩组分差异、煤阶的差别、溶剂种类选择、溶剂溶胀作用的影响也不容忽视，萃取时其它条件的不确定性及辅助手段和添加剂的选择等因素，在一定程度上也会左右实验的进程和结果。