当前课程知识点：煤质分析 > 项目七 拓展知识 > 任务二 煤的有机质结构 > 低分子化合物
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随着对煤结构认识的深化
发现在煤的聚合物立体结构中
还分散嵌布有一定量的低分子化合物
它们同样是煤的重要组成部分
今天我们就来学习这部分煤的重要组成部分
煤中低分子化合物
本节内容分四部分阐述
分别是低分子化合物的组成和来源
低分子化合物赋存形态的认知
低分子化合物的主要研究方法
低分子化合物对煤炭转化性能的影响
我们先来学习低分子化合物的组成和来源
煤中低分子化合物的存在
已经为众多的实验事实所证实
大多数研究者的共识是
低分子化合物
主要是指游离或镶嵌在煤大分子主体结构中的
一些相对分子质量小于500
或在500左右的有机化合物
已确定组成有烃类和含氧化合物
含硫化合物等
煤中烃类主要是一些正构烷烃
碳链长度从C1到C30以上不等
甚至还有发现C70的报道
此外还有少量环烷烃
长链烯烃以及1~6环的芳烃
但主要是以1~2环的芳烃为主
含氧化合物有长链脂肪酸
醇
酮和甾醇类等
含硫化合物主要是噻吩
苯并噻吩
二苯并噻吩
萘并噻吩以及它们的
C1~4的烷基取代衍生物
低分子化合物来源于成煤植物成分
如树脂 树蜡
萜（tie)烯和甾（zāi ）醇等
是在成煤过程中形成
但未参加聚合的化合物
或者相互反应所形成的低分子聚合物
低分子化合物含量随煤化度增高而降低
褐煤和年轻烟煤的低分子化合物总量
一般要占煤总量的10%~23%
远远超出了人们过去的估计
接下来学习低分子化合物赋存形态的认知
本田化学结构模型
最早考虑了低分子化合物的存在
但并没有说明它们与大分子之间是如何作用的
希恩化学结构结构模型认为
芳环或氢化芳环单元由较短的脂链或醚键相连
形成大分子的聚集体
小分子相则镶嵌于聚集体孔洞或空穴中
可以通过溶剂溶解的方法抽提出来
两相物理结构模型认为
煤结构中的大分子网络为固定相
低分子为流动相
彼此交联且无流动性的
大分子网状结构是煤结构的主体
随结构而异的流动相低分子作为客体镶嵌其间
选用不同的溶剂
采用萃取的方法
可以有目的地将主客体予以分离
对于低分子化合物与煤大分子之间的相互作用
现代煤化学理论作了较为全面地表述
煤是由空间网络构成的骨架结构
一些低分子与骨架发生相互作用
被“固定”在骨架上
这些低分子化合物与骨架的结合方式
可以是吸附在大分子的孔隙中
也可以是形成固溶体
或自身相互作用形成较大的分子团
镶嵌在网络骨架中
低分子与大分子骨架的键合方式
主要表现为物理联系和各种二级相互作用
包括氢键
范德华力
弱配位键
π电子分子间相互作用等
这些作用力共同作用的结果
使得煤在大多数有机溶剂中不易溶解
然后我们学习低分子化合物的主要研究方法
温和条件下的溶剂萃取
和有机波谱法
是研究煤中低分子化合物的有效方法
煤的溶剂萃取
是通过溶剂具有的
授-受电子能力
将煤中小分子相释放出来的过程
长期以来
人们试验了许多有机溶剂
及其混合物对煤的萃取性能
其中1
有机溶剂有醇类
酮类
烷类
苯及同系物
二氯甲烷以及吡啶
四氢呋喃
二硫化碳和N-甲基-2-吡咯烷酮等
2
辅助实验手段
混合溶剂
单超声照射
电磁辐射
化学处理以及添加物增溶等
也能改变煤的溶解性
高压液相色谱的紫外全波长扫描检测器
和毛细管柱的应用及其与质谱
和傅立叶变换红外光谱联用技术的接口
日趋完善
基本上解决了混合物的在线检测问题
可望得到煤中
可溶有机物各组分确切的分子结构
最后
我们学习低分子化合物对煤炭转化性能的影响
低分子化合物的存在与否
对煤的成焦性能影响较大
研究表明
煤中低分子化合物被萃取后
煤的膨胀度
自由膨胀序数
和罗加指数发生了明显的变化
并引起了软化温度的升高
而将萃取物回配到萃余煤中之后
黏结性和成焦性能仅略有改善
远未恢复到原有水平
这种影响
显然是因为萃取过程改变了
低分子化合物在煤大分子结构中的存在状态
和结合方式所致
煤的加氢液化过程中
煤的大分子结构
需要在较高温度下发生裂解生成自由基
所生成的自由基
再从溶剂和被催化剂活化的分子氢中获得氢
使自身达到稳定
这不利于液化
低分子化合物
可以直接加氢液化而且反应速度很快
液化效果好
减少了气体烃类及聚合焦的产生
对降低氢耗起到一定作用
因此
煤中低分子化合物含量越高
越有利于煤的液化
基于煤组成的复杂性和多样性
现有理论对低分子化合物的界定
并不能涵盖煤中低分子化合物的全部
目前的实验技术
还不能实现将低分子与大分子的完整分离
也不能区分独立存在的长链低分子
与连接于大分子网络上的低分子
尚不能对煤中低分子化合物的含量
结构
性质和存在形态作出圆满解释
但是
煤中低分子化合物的存在
及其与煤主体骨架结构的键合方式
已经为众多的实验事实所证实
低分子化合物对煤的转化性能的影响
也日益受到研究者的关注
可以预测
科学技术的不断创新和进步
有望突破诸多制约研究工作的瓶颈
必将为研究各种煤反应的基本规律
认识煤加工过程的历程和机理
进而为煤的温和化
定向化转化技术的不断优化打下良好的基础
今天我们重点学习了
低分子化合物的组成和来源
低分子化合物赋存形态的认知
及低分子化合物对煤炭转化性能的影响
通过学习使我们了解到
煤中低分子化合物
以不同作用形式同煤的主体骨架结构
相互作用并共同形成了煤有机质的整体结构
其作用形式可表现为氢键
范德华力
弱配位键作用等
对煤中低分子化合物的组成
性质
存在形态
及其对煤转化性能的影响的研究还刚刚起步
但初步结果已经表明
煤中低分子化合物
尽管在煤整体结构中所占比例较小
但对煤的成焦性能
液化性能发挥重要作用
因此
在煤的温和化
定向化技术日益受到重视的今天
如何充分应用煤中这部分低分子化合物
或据此优化煤转化工艺过程
已开始引起人们的重视
今天的思考题是
基于现有知识
谈谈低分子化合物对煤炭转化性能的影响
今天的课程就讲到这里
谢谢大家
我们下次课见
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