霍林河褐煤化学结构特性的13C NMR与FTIR对比分析

采用¹³C NMR及FTIR对霍林河褐煤的化学结构特性进行深入分析,通过¹³C NMR计算得到霍林河褐煤包含34.32%的脂肪族碳、61.25%的芳香族碳以及4.43%的羰基碳。平均每个芳环团簇包含1~2个芳香环,每个芳香环中平均碳原子取代数为3~4。平均亚甲基碳链数为1.4,烷链支化度为25.47%,说明脂肪族多以短链分支形式存在。通过对霍林河褐煤红外光谱进行分峰拟合,计算得到煤的FTIR结构参数（平均亚甲基碳链数、芳香环取代度、烷链支化度）与¹³C NMR计算结果相吻合。虽然芳碳率（f_ar-F=55.37%）与¹³C NMR计算结果存在一定的偏差,但是FTIR很大程度上仍然可以反映煤的碳骨架结构特性。     

基于固体13C核磁共振技术对油砂沥青质结构的研究

采用固体13C核磁共振(13C NMR)技术对油砂沥青质的化学结构特征进行详细的研究。通过对油砂沥青质的核磁谱图分析,获得了表征油砂沥青质结构特征的12个碳结构骨架参数。根据研究分析结果,油砂沥青质中的脂碳含量达60%左右,表明其化学结构主要以脂碳结构为主。在脂碳中,亚甲基含量最多,主要出现在脂肪链中,且其脂肪链平均长度小于8个碳原子,可推断为中等长度脂链;芳香碳含量小于40%,其中质子化芳香碳含量多于非质子化芳香碳。在非质子化芳香碳中芳香桥碳含量最多,可推断芳香碳呈多环模式;羰基碳在油砂沥青质结构中所占比例极小。虽然基于获得的油砂沥青质的元素组成,可以将油砂沥青质归类到Ⅰ型干酪根,但是两者在成烃潜量和结构特征都存在较大差异,由此判断油砂沥青质并非干酪根的降解产物。     

宁夏庆华煤镜质组和惰质组显微组分的分子结构及对比分析

使用密度梯度离心法对宁夏庆华煤的显微组分进行分离,获得煤的镜质组和惰质组。通过元素分析、X射线光电子能谱（XPS）、固体¹³C核磁共振（¹³C NMR）技术、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）技术等表征手段对不同显微组分进行物性表征。进一步基于统计平均的分子结构近似结合分子模拟计算,确定庆华煤镜质组和惰质组显微组分的分子结构可分别表示为C₂₆₉H₁₉₆N₄O₁₃S和C₂₅₅H₁₇₉N₃O₁₄S。通过FTIR光谱与¹³C NMR光谱验证,从而实现了不同显微组分的分子结构描述。对两种显微组分的分子模型和结构参数进行了系统对比分析,发现镜质组的芳碳百分数为51.95,惰质组的芳碳百分数为62.16。镜质组模型中芳碳结构数目较少,脂肪碳结构丰富,不饱和度较小,还原度最大。惰质组模型中芳碳结构数量最大,脂肪碳结构数目少,不饱和度最大,煤化程度高。镜质组在原煤中含量高,是原煤的主要组成。惰质组的含量少且大分子结构缩合度高,分布在镜质组构成的基体中。     

印尼油砂热重红外及基于AKTS动力学分析

通过热重分析仪、傅里叶红外光谱仪和质谱仪对印尼油砂的热解过程和热解产物进行了探究,基于不同升温速率下的TG-DTG曲线,将热解过程分为两个阶段,即热解低碳化合物析出段和无机物高温受热分解段。升温速率相同时,YN₂油砂比YN1油砂挥发分析出的温度低。油砂热解产物是由脂肪烃、芳香烃、含氧官能团和羟基等组成的混合物,利用傅里叶红外光谱仪探究印尼油砂在不同升温速率下气体产物H₂O、CO₂、CO、CH₄、C_nH_m等的析出特性,气态烃类、含氧有机物等有机气体是由羰基和羧基以及甲氧基、亚甲基、甲基在热解低温段受热分解产生的,根据质谱图,确定了各个时刻逸出气体的种类和产量。利用AKTS软件基于F-W-O和Kissinger模型计算了油砂脱挥发分的热解动力学参数,计算结果表明,在相同的转化率下,不同升温速率的活化能呈线性分布,YN1的活化能高于YN₂的活化能。     

油页岩干酪根化学结构特性分析

利用先进的测试技术对5种不同地区的油页岩干酪根分别进行XRD、¹³C NMR与FT-IR分析,获得重要结构信息。通过XRD检测分析,确定5种干酪根以长程无序的聚合状态存在。采用¹³C NMR技术表征出干酪根的碳原子化学结构,并获得碳骨架结构的18个重要参数。最后利用FT-IR技术对干酪根官能团进行定性分析,与 ¹³C NMR实验结果互相验证,得到干酪根化学结构的详细信息。结果表明:油页岩干酪根脂碳结构最多,高达60%～90%。其中又以亚甲基碳为主,有77%～90%,且多数为直链结构,脂环或支链结构较少。芳碳结构除桦甸以单环为主外,其余均为单环和多环结构并存,其中多环结构以迫位缩合为主。氧结构总体以碳氧单键(醇、酚或醚基)和C=O两种形式存在,其中羧基类C=O多于羰基类C=O。变质程度低的干酪根中存在较多C=O,而高变质程度的干酪根则以碳氧单键C-O为主。     

霍林河褐煤化学结构特性的~(13)C NMR与FTIR对比分析

采用~(13)C NMR及FTIR对霍林河褐煤的化学结构特性进行深入分析,通过~(13)C NMR计算得到霍林河褐煤包含34.32%的脂肪族碳、61.25%的芳香族碳以及4.43%的羰基碳。平均每个芳环团簇包含1~2个芳香环,每个芳香环中平均碳原子取代数为3~4。平均亚甲基碳链数为1.4,烷链支化度为25.47%,说明脂肪族多以短链分支形式存在。通过对霍林河褐煤红外光谱进行分峰拟合,计算得到煤的FTIR结构参数(平均亚甲基碳链数、芳香环取代度、烷链支化度)与~(13)C NMR计算结果相吻合。虽然芳碳率(far-F=55.37%)与~(13)C NMR计算结果存在一定的偏差,但是FTIR很大程度上仍然可以反映煤的碳骨架结构特性。     

用程序升温还原法表征煤中的有机硫官能团

煤中的硫分为无机硫和有机硫。无机硫包括二硫化物和硫酸盐,系嵌入于煤中,而有机硫是由化学键联结于煤的有机基质上。煤中不同种类的硫化物可以用标准方法定量测定。硫酸盐以硫酸钙、硫酸铁和硫酸钡的形式存在,但其量微不足道。无机硫几乎都是立方晶格的黄铁矿或斜方晶格的白铁矿。有机硫则可能以下列官能团之一的形式存在,即二硫化物、硫醇、     

溴水脱硫对煤自燃特征温度及活性基团的影响

以山西柳湾和两渡的炼焦精煤为研究对象,利用热重分析(TG-DTG)、X射线光电子能谱(XPS)和红外光谱(FTIR)等测试技术,研究了室温环境下溴水脱硫对煤自燃特征温度与煤活性基团的影响.结果 表明:随着脱硫次数增加,煤进入氧化增重阶段的起始温度向高温区偏移,煤进入快速燃烧阶段与达到最大失重速率的温度点均向低温区偏移,即煤的氧化自燃进程加快.煤的发热量呈下降趋势,但最多仅降低原煤发热量的3.4％.煤表面C元素、N元素和S元素含量随着脱硫次数的增加而规律性地减少,而O元素含量呈增加趋势,煤中硫醇、硫醚、噻吩、芳碳、碳氢键碳与质子化吡啶等官能团相对含量逐渐降低,砜、亚砜、羧基、羰基、吡啶、吡咯与氮氧化物等含氧官能团相对含量逐渐增加,说明脱硫后煤中各元素以更高的价态存在,溴水脱硫是一个氧化过程.IR光谱显示芳香族官能团和脂肪烃官能团中的C— H键伸缩振动锋均变弱,含氧官能团中的C=O双键和酚羟基中的C—O—H键伸缩振动峰均变强,说明煤中C—H键含量减少,C=O双键和C O H键含量增大,这与TG-DTG和XPS的分析结果相一致,说明脱硫后煤中的C元素、S元素和N等元素被氧化,煤的氧化程度变高.     

基于核磁-能谱实验的中变质烟煤煤尘低润湿性分析

为从微观角度分析中变质烟煤的低润湿特性,以巨野煤田赵楼气肥煤为例,选用核磁共振（NMR）与X射线光电子能谱（XPS）手段对其微观分子结构进行实验,并分析了分子结构参数对其润湿性的影响规律。结果表明,赵楼气肥煤煤尘的芳香度为0.77,芳香结构含量较高,且主要以质子化芳环为主;脂肪链结构中以链状烷烃和环烷烃侧链为主,且存在一定的甲基侧链;煤尘表面含氧官能团主要为醚基（C-O-C）,其次为羰基（C=O）与羟基（C-OH）,含量最少的是羧基（COOH）,上述4种含氧官能团含量之比约为4∶2∶2∶1.5。赵楼气肥煤煤尘不仅芳香度较高,芳香簇尺寸较大,缩合度偏高,而且烷基侧链少而短,导致煤尘分子结构单元表现出较强的疏水性;而对表面亲水性贡献较大的羧基（COOH）和羟基（C-OH）含量却只占表面含氧官能团总量的13.53%、21.45%。因此,受微观分子结构的影响,赵楼气肥煤煤尘总体表现出疏水性的特点,润湿性较差。     

不同变质程度煤的FTIR和HRTEM及TG分析

为了研究煤的结构演化特征,选用四种不同变质程度的煤样,采用傅立叶红外(FTIR)测试手段从分子尺度上对大分子结构进行解析,得到红外结构参数;应用高分辨率透射电镜(H RTEM)测试手段从聚集态尺度上对微晶结构进行表征,统计分析晶格条纹长度,得到微晶结构参数;利用热重(TG)测试手段对煤样进行热解模拟,得到热解特征参数;分析对比各项参数,探究煤演化过程中的复杂性规律。结果表明:芳香烃含量、脂肪链长度和热稳定性呈正相关;FTIR参数中的有机成熟度指数C、HRTEM参数中的高环数芳香层片(5×5~8×8)含量和TG参数中的热解初始温度θ_i具有相关性。当C减小时,含氧官能团含量的减少为高环数芳香层片中的含氧官能团含量的减少,热稳定性减小,θ_i减小,反之亦然;脂肪烃含量和生烃潜力呈正相关,和芳香烃含量呈负相关。在镜质组反射率R_(max)~o为0.6%~2.05%这一阶段,HDG6和GD2中含氧官能团等杂基脱落后才能继续芳构化。     

Hydrocarbon structural group analysis of Athabasca asphaltene and its g.p.c. fractions by C n.m.r.

Asphaltene from the Athabasca oil sand bitumen separated according to molecular weight by gel permeation chromatography was examined by high resolution solution-state ¹³C and ¹H and solid state ¹³C n.m.r. Integration of the inverse gated decoupled solution state and CP/MAS ¹³C n.m.r. spectra gave the aromaticity of each fraction as well as the relative number of carbon atoms responsible for well resolved signals in the aliphatic portion of the spectra. A two-pulse spin-echo ¹³C n.m.r. sequence in the solution state, and dipolar dephasing in the solid state, permitted the assignment of each aliphatic carbon signal to a methyl, methylene, or methine carbon; no quaternary aliphatic carbons were observed. These signals show that the aromatic core of the asphaltene is surrounded by alkyl chains with a mean length of 7.7 for the lowest molecular weight fraction (MW 1200), increasing to 12 for the highest MW fraction (MW 16900). Aromaticity of the fractions obtained from solution spectra ranged from 34 to 48%, the highest aromaticity being associated with the lowest molecular weight asphaltenes. In the solid state, the aromaticity ranged from 31 to 42 %. The degree of branching ranged from 0.5 per chain for the low MW asphaltene to 1.0 for the high MW fraction. The highest naphthenic carbon content was found in the high MW fractions; the 1200 MW fraction appeared to be nearly devoid of such carbon, this fraction having a much higher aromaticity than the second-lowest MW fraction.     

Use of Fourier Transform infrared spectroscopy for determining oil shale properties

Fourier Transform infrared analysis has been examined as a technique for evaluating the oil-yielding potential of raw oil shales. The technique was developed recently for analysing coals, and gives a quantitative measure of aliphatic, aromatic and hydroxyl hydrogen. From these measurements, it was verified that an approximate rectilinear relation exists between the oil yield of an oil shale as determined by Fischer assay and the aliphatic hydrogen concentration in the shale. An equivalent relation was established previously between the oil yield and the aliphatic carbon concentration as determined by ¹³C cross polarization n.m.r. When the oil yield is expressed in weight per cent, it is seen that the yield is only slightly less than the weight per cent of aliphatic hydrocarbons. This suggests that, under the conditions of the Fischer assay, there is almost complete conversion of the aliphatic components to oil.     

利用GC-MS与NMR技术研究干馏终温对桦甸页岩油组成性质的影响

通过控制桦甸油页岩干馏终温,得到5个不同终温下页岩油样品,对各页岩油样按沸点300℃进行切割,其中轻质油馏分(<300℃)进行GC-MS检测,对产物分类统计,分析页岩油组成成分随干馏终温变化规律;重质油馏分(>300℃)进行了¹H和¹³C核磁共振波谱分析,对谱图积分获得其氢、碳分布情况,研究了干馏终温对页岩油化学结构的影响。结果显示,轻质油组成中脂肪族化合物占绝大部分,其中正构烷烃、α-烯烃和正构醛、醇三者具有同源性,均由烷基自由基生成。随着干馏终温的升高,长链烷烃分解,支链烷烃侧链断裂,使轻质油脂肪烃碳链长度变短,重质油直链脂肪烃增多,页岩油发生更多的芳环缩合反应导致轻质油与重质油芳香环数量均增多,同时轻质油中芳环缩合程度加深。     

宁东红石湾煤大分子模型构建及量子化学计算

使用工业分析、元素分析、固体核磁（¹³C NMR）、X射线光电子能谱（XPS）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）对宁东红石湾（HSW）煤样进行表征,获得煤样中元素赋存的种类、价态、化学键环境等物质微观结构的关键参数。结果表明HSW煤结构以芳香族为主,占75.96%,桥接芳碳与周碳比为0.315,可知其结构中以萘为主,苯和蒽为辅。氧原子主要以醚氧基（C-O）、羰基（C=O）和羧基（-COO）的形式存在,其中C-O占53.57%。氮原子以吡啶和吡咯的形式存在。苯环的连接方式以三、四取代为主,分别占47.77%、32.97%,脂肪族中环烷烃或脂肪烃-CH₃占优势。确定HSW煤的分子式为C₂₂₁H₁₄₈O₂₈N₂,分子量为3142.32。在此基础上结合计算机辅助实现了二维和三维大分子模型构筑。应用量子化学计算对HSW煤大分子模型进行了优化及核磁共振、红外光谱模拟,验证了所建模型的合理性。最终实现了HSW煤的微观分子结构的实验与量子化学描述。     

油页岩有机质的逐级热溶解聚及产物特性

依兰油页岩有机质经过四氢萘逐级热溶解聚,热溶解聚物分别经过GC-MS检测并归纳分类,并结合热溶解聚残渣的FT-IR和¹³C NMR分析结果,旨在从分子水平上揭示依兰油页岩有机分子结构特征。结果表明,依兰油页岩有机质经过200~400℃逐级热溶解聚后,200、300、350、375和400℃温度条件下逐级热溶解聚物的收率分别为8.8%、9.9%、18.5%、19.2%和23.4%,总收率达79.8%。在可溶性组分中,脂肪烃化合物占比为36.9%（其中直链烷烃27.4%,支链烷烃8.7%）,酚/醇类占比为5.5%,芳香烃占比为32.0%,酮类占比为12.7%,醚/酯类占比为5.4%,其他化合物占比为7.5%。呈现脂肪烃>芳烃化合物>酮类>酚/醇>酯/醚的规律分布状态,其中27.4%直链烷烃中碳数分布在14~30并在C₁₆和C₂₆呈现两个峰值。     

Solvent extraction study of a whole,low-temperature tar

A low-temperature tar was sub-divided, entirely by solvent extraction, into the following fractions: crude phenols and bases; hydrocarbons of different types—aliphatic, hydroaromatic and aromatic; and a neutral, oxygen-containing aromatic fraction. The three hydrocarbon materials and the last-named were obtained from the neutral tar oil (light petroleum-soluble) by a series of partition extractions with the solvent pair, furfural/light petroleum, petroleum, using definite ratios of tar/solvents. These four fractions corresponded closely to those previously obtained by adsorption chromatography.     

高硫石油焦热解过程及硫形态的变化特性

在管式炉实验装置上进行不同温度高硫石油焦N₂气氛热解实验,并利用X射线光电子能谱分析（XPS）技术进行表征,深入分析高硫石油焦热解过程中硫形态变化特性,同时采用热重-红外联用（TG-FTIR）技术深入分析热解过程。热重分析结果表明,高硫石油焦热解经历了干燥脱水阶段,长链脂肪烃、稠环芳香烃等组分分解阶段,在430℃和635℃失重速率达到最大形成失重峰。红外分析结果表明,高硫石油焦热解释放气体主要包括CO₂、CH₄、H₂O、SO₂、芳烃化合物和脂肪族化合物等,并且在不同温度区间释放气体组成有着巨大的差异。XPS分析结果表明,高硫石油焦表面硫含量及存在形态与热解温度紧密关联,随着热解温度的不断升高,高硫石油焦表面硫含量在700℃达到最大值,不同硫形态之间发生相互转化。     

东胜煤有机溶剂分级萃取物的GC/MS分析研究

用气相色谱/质谱联用技术测定了东胜煤有机溶剂萃取物的化学组成，对其化学成分及化合物分布特征进行了研究。结果表明，萃取物主要由烷烃，芳烃和衍生物三种成分组成，其中烷烃主要是正构烷烃；芳烃是萃取物最主要的成分，以萘系，蒽系，菲系，芴系和芘系的0-3烷基取代物为主，和几种高丰度的5-6环稠环芳烃；衍生物主要是多环芳香族含硫化合物，还有一种煤中首次发现的4-氨基-9-芴酮，含氧化合物仅检测到几种。