煤化学官能团的研究.pptVIP

煤结构研究的化学研究法 组员：熊 卓 1015010118王铁柱 1015010121徐飞飞 1015010124李 勇 1015010127周 皓 1015010130 煤 煤---植物遗体经过生物化学作用，用经过物理化学作用转变为的沉积有机矿产，是多种高分子化合物和矿物质组成的混合物，它是极其重要的能源和工业原料。 煤的煤化程度由浅到深分别为泥炭 褐煤 烟煤 无烟煤 煤处于不同煤化阶段时，煤中的元素含量不同，因而结构也会明显不同。 煤的结构 煤的结构---包括煤有机质的化学结构(大分子结构)和煤的物理空间结构。 煤中的主要结构 煤大分子基本结构单元的核(芳香核) 烷基侧链和官能团 桥键 低分子化合物 煤的结构 煤的化学结构模型 Fuchs模型 Given模型 Wiser模型 本田模型 Shinn模型 煤的物理结构模型 Hirsch模型 交联模型 两相模型 单项模型 煤结构的综合模型 煤的结构研究方法 物理研究方法---利用高性能的现代分析仪器，如红外光谱仪、核磁共振仪、X射线衍射仪、扫描电镜等对煤的结构进行测定和分析，从中获取煤结构的信息。 化学研究方法---对煤进行适当的氧化、氢化、卤化、水解等化学处理，对产物的结构进行分析测定，并据此推测母体煤的结构。 物理化学研究方法---利用溶剂萃取手段，将煤中的组分分离并进行分析测定，以获取煤结构的信息。 煤的官能团 煤的官能团：与煤结构中芳香烃连接的化学基团。 煤其主要成分为碳、氢、氧和少量的氮、硫或其他元素。硫是煤最主要杂质之一。 根据煤的主要成分，我们可以得知---煤的官能团主要为含氧官能团以及含硫官能团。 煤的化学官能团的研究 主要研究方法 物理研究法---红外光谱(HR)-Raman光谱 化学研究法---主要对含氧官能团的研究 主要官能团种类 含氧官能团 含硫和含氮官能团 煤的含氧官能团 煤分子中的含氧官能团有羟基(-OH)、羧基(-COOH)、甲氧基(-OCH3)、羰基(C=O)和醚键(-O-)等。 通过红外光谱仪测定，煤中含氧官能团随煤化程度提高而减少。其中甲氧基消失的最快，在年老褐煤中几乎不存在了；其次是羧基，到了烟煤阶段，羧基的数量大大减少到中等煤化程度的烟煤中基本消失；羟基和羰基在整个煤化阶段均存在，甚至在无烟煤阶段还有发现。 泥炭 褐煤 烟煤 无烟煤 甲氧基(消失) 羧基(消失) 羟基和羰基(可能存在) 煤的含硫官能团 煤分子中的含硫官能团与含氧官能团的结构类似，包括硫醇、硫醚、二硫醚、硫醌及杂环硫等。 理论上，含硫官能团随煤化程度的提高有减少趋势，但由于煤中有机质中硫的含量不高，其他因素往往掩盖了煤化程度的影响。 煤中的含氮官能团 煤中的含氮官能团主要以六元杂环、吡啶环或喹啉环等形式存在，其次还有胺基、亚胺基、睛基、五元杂环吡咯和咔唑等。由于煤中的氮含量一般在1%-2%，故一般不以含氮官能团的变化讨论煤的不同煤化阶段的性质变化。 同煤中的含硫官能团一样，煤中的含氮官能团理论上随煤化程度的提高有所减少，但由于含量不太高，被其他因素影响掩盖了变化。但是从一些数据也可以看出，氮含量随煤化程度的提高而下降。 测定煤结构的化学方法 氢化---通过把煤加氢液化为液体，分析液体中的物质来确定煤结构的方法 氧化---通过氧化解聚研究煤的大分子网络结构及从中获取有机化合物，典型产物为含氧有机化合物 卤化 水解---煤用碱进行水解，产生少量可溶于碱的降解产物，产物具有酚的或酸的性质 煤的氧化解聚研究煤结构的方法 空气或氧气氧化法 空气或氧气/碱氧化法 空气或氧气湿法非催化氧化法 空气或氧气干法氧化法 化学氧化法 H2O2氧化法 钌离子催化氧化法 NaOCl水溶液氧化法 重铬酸钠法 高锰酸钾法 NaOCl水溶液氧化法 NaOCl作为一种方便、易得和环境友好的氧化剂，具有安全，反应条件温和等特点。 19世纪70年代首次被应用于煤及其模型化合物的氧化。认为能够形成稳定碳负离子共振结构的化合物均能发生反应，反应性受烯醇