煤焦油精制软沥青组成及结构的表征

以高温煤焦油为原料,蒸馏至280℃后得到煤焦油软沥青,经溶剂萃取沉降方法获得精制软沥青,软化点为32 ℃(环法)。索氏抽提法测得的族组成为:庚烷可溶物53.67%,庚烷不溶甲苯可溶物39.47%,甲苯不溶物6.86%,喹啉不溶物0.06%。相对平均分子量是292,平均分子式为C_22.22H_16.32N_0.12S_0.06O_0.33,杂原子含量总和小于1。红外分析结果表明:其杂原子氧以R—O—R,Ar—O—R 结构存在,杂原子氮以R—NH—R和N结构存在,且以N为主。采用改进的Brown-Lander模型得其平均结构为五元稠环;紫外分析表明,线性排列为主、面性排列为辅,即样品的化学结构应以渺位缩合为主,迫位缩合为辅。     

水溶性沥青分子结构的光谱解析

水溶性沥青是煤焦油沥青经酸氧化改质得到的水溶物含量大于70%的改性沥青，不仅兼有普通沥青的多环芳烃结构，同时表面结构中引入了大量含氧、氮、硫等极性官能团，可在水相中制备复合型炭材料。应用荧光、红外、紫外光谱及核磁共振技术并结合Yen-Mullins模型解析了混酸法制备的水溶性沥青的分子结构。结果表明：与中温煤沥青相比，主要杂原子N，O和S质量分数分别由1.06%，11.64%，0.79%增加到6.78%，29.59%，2.41%；O含量的显著增加，增强了沥青的亲水性。红外光谱体现了水溶性沥青的杂原子N，O和S以Ar-NO₂，Ar-OH，Ar-SO₃H和CO等形式存在；通过荧光发射光谱特征峰与Yen-Mullins模型对比，得出水溶性沥青的芳香结构主要是由3种稠环的“岛屿结构”芳香片段组成；1H-NMR和13C-NMR分析表明，水溶性沥青分子芳环侧链被氧化成仅含有1个C且链接不同官能团的脂肪碎片，该碎片与“岛屿结构”作为主要部分构成水溶性沥青分子的稳定结构。由此看出，元素分析结合红外光谱可从本质上解释水溶性沥青易溶于碱性水溶液的原因，荧光谱图与Yen-Mullins模型结合可从微观上解释水溶性沥青的主要结构，为判定不同性质的沥青提供一种方法。     

2,6-双[N-(1′,1′-二甲基-2′-羟基)甲酰胺]吡啶及镍(Ⅱ)配合物的合成与光谱学研究

合成并表征了有机配体2,6-双[N-(1′,1′-二甲基-2′-羟基)甲酰胺]吡啶(L)及其镍(Ⅱ)配合物,采用元素分析确定目标配合物组成为C15H21N3O4Ni.H2O,通过对比分析的方法讨论了配位前后游离配体L和镍(Ⅱ)配合物的核磁共振氢谱、核磁共振碳谱、红外吸收光谱和紫外-可见吸收光谱的谱学性质,进而推断出镍(Ⅱ)配合物的结构。结果表明,配体2,6-双[N-(1′,1′-二甲基-2′-羟基)甲酰胺]吡啶以2个酰胺负离子N和1个吡啶环N原子为配位原子,与中心金属离子Ni(Ⅱ)通过三齿形式配位;配合物中Ni(Ⅱ)采取dsp2杂化轨道方式与配位原子构成配位键,中心金属Ni(Ⅱ)的配位数为4,1个Ni(Ⅱ)与1个三齿配体L和1个水分子配位,形成平面正方形构型的低自旋镍(Ⅱ)配合物。     

一种新颖的稀土-2-羟基烟酸的配合物的结构和光谱性质研究

通过水热反应合成了一种新颖的稀土2-羟基烟酸的配合物{[LaL(HL)(H2O)3]1/3(SO4)2/3(H3O)2H2O}(H2L=2-hydroxynicotinic acid)。X-ray单晶衍射分析可知,2-羟基烟酸通过羧基O和羟基O原子桥连La离子,形成二维层状结构,层与层之间通过弱作用力拓展为三维结构。二维相关光谱分析表明N—H面外弯曲振动和C—H面外弯曲振动对磁微扰比较敏感,这可能是吡啶环上π电子云在磁微扰下变形引起C—H和N—H面外弯曲振动的响应,SO24-的ν4振动和羧基不对称伸缩振动对磁微扰也比较敏感;热微扰下N—H伸缩振动比较敏感。此外还对化合物进行了紫外和热重分析。     

鄯善低温煤焦油成分的谱学分析与评价

利用核磁共振(NMR)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对新疆鄯善地区原煤干馏制取的煤焦油进行了研究.NMR研究结果表明鄯善煤焦油的芳碳率f_(ar)~C为0.44;平均碳数N为2.87;取代指数σ为0.33;缩合指数Q为0.74,这与缩合芳香环上连接的烷基侧链较多、链长较短有关;含氧官能团主要以芳醚形式存在;羧基、甲氧基脱落或者消失.选择了5个红外光谱参数B_1~B_5,用Ominic软件对谱图进行了矢量归一化并积分,获得了IR相关的部分结构参数.通过对NMR和IR结构参数的分析,推测鄯善原煤的处于中等变质程度,其类型属于以镜质体为主的腐殖型煤;成烃机理主要是长链烃断裂;由生烃机理推测其原煤的生气潜力大于生油潜力,其生气潜力碳主要为甲基单元.     

镜煤吡啶不溶物及其热解加氢产物的NMR研究

本文对镜煤吡啶不溶物、热解加氢后吡啶及四氢呋喃不溶物进行了固体NMR研究,获得了12种结构参数,并对热解加氢产物中的苯可溶各馏份进行了一维、二维液体NMR研究,归属了其¹³C和¹H谱,计算了各馏份的平均分子结构.     

手性schiff碱金属配合物N,N′-双水杨醛缩-1,2-环己二胺合镍(Ⅱ)的光谱研究

利用红外、拉曼光谱研究一种手性schiff碱金属配合物N,N′双水杨醛缩1,2环己二胺合镍(Ⅱ)的结构特点。表明(R,R)—SALEN—Ni(Ⅱ)和(S,S)SALEN-Ni(Ⅱ)的光谱完全相同,而与外消旋体的光谱有很大差别     

一维链状席夫碱锰（Ⅱ）配合物的合成及结构表征

以1S,2S-环己二胺和乙酰丙酮进行缩合得到N,N′-双（乙酰丙酮）-1S,2S-环己二胺的Schiff碱配体L,再将配体L与MnCl2.4H2O进行配位反应,得到了配合物[MnL2Cl2.L]n（1）,并用元素分析和X射线单晶衍射进行了表征。结果表明,配合物1属于正交晶系,空间群是P212121,晶体参数：a=1.56630（15）nm,b=1.59373（16）nm,c=2.1963（2）nm,V=5.4827（9）nm3,Z=4,Dc=1.164g.cm-3,R1=0.0548,wR2=0.1368。在配合物1中,每个Mn（）的配位环境都是三角双锥。配合物中双齿配体通过其两臂乙酰丙酮亚胺单元的端基氧原子同2个金属离子配位桥联形成一维螺旋链结构。     

Li_2NH晶体结构建模和电子结构的第一性原理研究

基于密度泛函理论的赝势-平面波方法,采用三种模型分别研究Li,N原子对N—H键方位的影响以及N—H键间的相互影响,得到了Li2NH的晶体结构和H原子的占位位置.计算结果表明:Li2NH晶体为层状结构,空间群为P42,晶胞中4个N—H键分为两层,层内N—H键为反平行排列,层间N—H键为垂直排列.态密度和电子局域函数(ELF)分析表明,N—H键呈明显的共价键特性,Li和N—H键呈明显的离子键相互作用.可逆储氢反应Li2NH+H2/LiNH2+LiH在温度0K时的反应焓为69.6kJ/molH2,与实验结果66kJ/molH2符合得较好.     

二氰二胺铜(Ⅱ)配合物的合成与结构表征

合成了配合物[Cu(Ⅱ)(2L)(5H2O)(SO4)](L为二氰二胺),通过元素分析、原子吸收光谱、NMR、IR、UV对配合物进行了表征.结果表明Cu(Ⅱ)与两分子二氰二胺中的腈基和胍基氮配位形成了四配位的双六元环结构.稳定性分析表明,易成键的dsp2杂化轨道,大π键π09及双六元环结构均增强了配合物的稳定性.     

中温沥青超声萃取物的热解特性与分子结构间关联性的FTIR解析

沥青分子结构和沥青热转化行为的调控是制备高品质沥青基炭材料的关键.为进一步明晰沥青热解行为与沥青分子结构间的关联性,选用8种有机溶剂对中温沥青(AGM P)在常温下进行超声萃取处理得到8种萃取物.利用PeakFit v4.12软件对各种萃取物的红外光谱吸收峰700～900,1000～1800,2800～3000和300...     

煤焦油精制软沥青中氮、硫的分布和热稳定性的分析

以高温煤焦油为原料制备煤精制软沥青及其族组成,再炭化制备半焦。通过元素分析和红外光谱分析杂原子氮、硫的分布和热稳定性。     

净化沥青的傅里叶变换红外光谱分峰拟合定量分析

高温煤焦油沥青是人造炭材料的优质原料。为了获得高品质人造炭材料,必须对原料沥青进行净化处理,使得净化沥青具有合理的分子量分布、较高芳香缩合度和适宜的脂肪族侧链结构,炭化后才能生成易于石墨化的趋于规整的碳微晶结构。分别以中温沥青和热聚合改性沥青为原料,采用两种净化分离处理方法,得到四种净化沥青(RP-1,RP-2,RP-3和RP-4)。以四种净化沥青的傅里叶变换红外光谱数据为基础,结合分峰拟合数学方法,准确获得了净化沥青的芳香性指数(Iar)、支链化指数(CH₃/CH₂)、OH官能团的存在形式及分布情况和其他基础官能团含量。由分析研究结果可知,四种净化沥青均具有较大的芳香缩合度。RP-3芳香性指数高达0.90,芳香缩合度最高。RP-4支链化指数仅为0.07,脂肪族侧链数量较多、碳链较长。四种净化沥青中OH官能团存在形式有明显不同。研究结果将为人造炭/石墨材料的原料优选提供理论支持。     

Predicting ultimate soot yields from any coal

This study presents a simple prediction method for soot yields from any coal, provided that the thermal processing is severe enough to completely incorporate all the aromatics in primary tars and oils into a so-called ultimate soot yield, and given the yield and elemental composition of primary tar. It also introduces a 3-step quasi-global reaction scheme to describe the dynamic approach to ultimate soot yields for deployment in CFD furnace simulations, where the rate parameters are evaluated to match the predicted dynamics from a comprehensive tar conversion mechanism. The predicted ultimate soot yields are validated with measurements for coal ranks from brown coals to anthracites, for heating rates of at least several thousand degrees per second; temperatures from 900 to 1300 °C; and tar contact times from 75?ms through 14?s. Primary tar, defined as the aggregate amount of all condensed aromatics from primary devolatilization, determines the ultimate soot yields from any coal at any operating conditions. Ultimate soot yields from any coal can be evaluated from the yield and FLASHCHAIN^®-based elemental composition of primary tar as accurately as they have been measured. On average, only 18% of the primary tar mass is excluded from the ultimate soot product, which mostly reflects the exchange of C₂H₂ into soot for the CO that carries away tar-oxygen. This exchange nearly compensates for the much more extensive elimination of heteroatoms and aliphatics from tar during soot production. The proposed three-step global scheme accurately depicts the reaction dynamics for tar decomposition at elevated temperatures from the full tar decomposition mechanism, including the maximum and ultimate saturation value of secondary tar. Whereas the kinetic parameters for primary and secondary tar display the established tendencies for different operating conditions and coals, those for soot production are remarkably uniform across this domain.     

同步荧光和X射线衍射法分析中国动力煤大分子芳香层片结构

煤中大分子芳香骨架结构决定着煤焦及其气化反应活性。为实现煤的高效转化,对煤大分子骨架结构的认识非常关键,以硅胶为固定相,乙腈、四氢呋喃、吡啶和N-甲基吡咯烷酮为溶剂对来自平朔和黑岱沟两种中国典型动力煤进行分级抽提,经凝胶色谱对所得到的大分子样品的分子量测定、X射线衍射仪对大分子芳香层片结构进行解析,利用同步荧光对芳香结构的缩合程度分析,获得两种煤结构中大分子结构单元、芳香核和芳香层片大小。结果表明,两种煤大分子芳香层片的尺寸为3～3.95 nm,堆积高度为0.8～1.2 nm。分子量分布范围在400 ～ 1 130 amu之间,结构单元的缩合芳香环数为3～7个。     

小黄山煤焦油成分的谱学分析

用核磁共振波谱和红外光谱对新疆小黄山地区原煤干馏的煤焦油进行了研究和相关结构参数的计算,并由此推测了其原煤的煤化程度和生烃能力. 结果表明其芳碳率f_ar^C为0.78,平均碳数N=1.64,取代指数σ为0.49, 缩合指数Q为0.51. 与缩合芳香核上连接的烷基侧链较多且链长较短. 用OPUS软件,选择了5个红外光谱参数I₁~I₅,对谱图进行了矢量归一化并积分,获得了有关IR的部分结构参数. 由NMR和IR的结构参数,判定了小黄山原煤的变质程度为中等,其类型属于以镜质体为主的腐殖煤,由生烃机理推测其原煤的生气潜力大于生油潜力,其生气潜力碳主要为甲基单元,适宜做煤制气的原料.     

Insight into the calcium carboxylate release behavior during Zhundong coal pyrolysis and combustion

In this paper, the dynamic behavior of calcium carboxylate release during Zhundong coal pyrolysis and combustion is studied via reactive molecular dynamics (ReaxFF MD) simulation. The molecular structure model of Zhundong coal is constructed based on the combination of the classic Hatcher coal model and experimental characterizations. Pyrolysis simulations on the coal model are performed at different temperatures ranging from 2000 K to 2800 K. The pyrolysis experiments are also carried out to validate the ReaxFF simulation. The results show that most of the calcium are released into the volatiles by the thermal decomposition of CM-Ca (coal/char matrix with calcium bonded) after releasing CO₂. The distributions of the calcium bonded to gas, tar and inorganics as well as the atomic calcium in the volatiles are quantitatively classified. The thermal cracking of tar fragments are significant at high temperatures leading to the conversion of calcium from tar into the organic gas. Furthermore, the nascent char model is constructed to study the release behavior of calcium in char combustion stage. The calcium is initially released in the form of oxidized calcium and atomic calcium. With increasing temperature, the oxidized calcium trends to convert to the organically bonded calcium. By using the Arrhenius expression, the kinetic parameters for the release of calcium into various species during pyrolysis and char combustion stages are quantitatively determined.     

FTIR分峰拟合法定量分析精制煤沥青热转化过程的结构变化

精制煤沥青(QI＜0.2%)是制备煤系针状焦的原料，其热转化性质决定着所生产的煤系针状焦的质量。利用FTIR光谱及分峰拟合的方法考察了精制煤沥青在不同热转化温度下的结构变化。主要研究了芳香性指数(Iar)、支链化指数(CH₃/CH₂)、各基础官能团(C==O， C-O，芳环C==C)含量、芳环取代种类的变化情况。结果表明：精制煤沥青的Iar指数随着热转化温度的提高，逐渐变大，并且CH₃/CH₂指数逐渐增大，说明精制煤沥青热转化过程中支链的断裂形成活性位点是诱导芳香环增大的原因之一；随着热转化温度的升高，C==O含量由最初的26.25%降低为15.62%，芳环C==C含量由43.39%增加为51.28%，而C-O含量变化很少，说明C==O是诱导大分子芳环缩合反应的重要因素；精制煤沥青中芳环1H和3H含量随着温度升高逐渐减小，而4H含量逐渐升高，说明芳环取代逐渐减小，芳香性逐渐增加，与Iar分析结果相吻合。