质谱学方法在煤分子结构剖析中的研究进展
2022-03-21樊星,许浩
洁净煤技术 2022年1期
樊 星,许 浩
(1.新疆大学 煤炭清洁转化与化工过程自治区重点实验室,新疆 乌鲁木齐 830046;2.山东科技大学 化学与生物工程学院,山东 青岛 266590)
0 引 言
“双碳”目标下推动煤炭的清洁高效利用,将煤炭从燃料转为原料已是大势所趋[1-2]。我国的煤化工行业已布局了大批煤制油、煤制气、煤制烯烃等企业,具有一定的经济效益。然而,从“双碳”战略角度来看,上述企业的煤化工技术转化路线过长,鲜少基于煤的分子禀赋特征开发适宜的化工产品,导致过高的碳排放。当前,石化行业皆在热议分子炼油,提升每个分子的价值并应用到实践[3]。煤化行业亦需要突破传统思维的桎梏,积极探索基于分子特征的煤精细转化,实现煤化工行业的目标低碳化、过程清洁化、产品高端化。
煤精细转化的前提是充分认知煤分子的结构特征,煤的基本结构单元以芳香环为核心,含少量的氢化芳香环和脂环;芳香环外连接有脂链,不同芳环间会由脂链(桥键)联结为煤分子;氧氮硫等杂原子分布于芳环和脂链上;煤分子通过缔合和交联作用形成不同的立体结构[4-5]。SUN等[6]用傅里叶变换红外光谱表征了原煤及其热解生成的半焦和焦油,通过分析热解前后—OH等官能团吸收峰的变化,构建了交联反应和焦油产率的关系。对比28种煤中镜质体的拉曼光谱数据,ZHANG和LI[7]发现在一定的镜质体反射率区间内,煤的分子结构(缩合芳环数、脂链长度等)呈现出相对的稳定性。依据煤焦油沥青和石油沥青的13C核磁共振波谱的分析结果,ANDREWS等[8]发现石油沥青中的长链(9个碳以上)的量是煤焦油沥青的数倍。……
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