微波和紫外改性煤沥青脱除毒性多环芳烃研究

煤沥青(CTP)中因含有大量对生态环境有害的多环芳烃(PAHs)而限制了其应用和发展。为降低或抑制CTP中毒性PAHs的释放,采用了微波和紫外辅助10-十一烯醛,以KHSO4为催化剂改性CTP的方法,考察了美国环境保护局优先监控的16种PAHs的脱除率和改性前后苯并[a]芘当量毒性的变化,对比分析了不同时间微波、紫外和微波紫外对CTP中毒性PAHs的脱除率。结果表明,微波和紫外共同改性脱除PAHs效果最优,在改性CTP中16种PAHs的最大脱除率在60～120 min内可达91.59%,总含量可小于7.41 mg/g,与无辅助反应相比节省2～3 h。改性前后CTP的傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、固体核磁共振碳谱(~(13)C CP/MAS NMR)和X射线衍射(XRD)等特征分析表明,在强化改性试验过程中,10-十一烯醛与多环芳烃发生了亲电取代反应,占据了毒性位点或改变了毒性PAHs的结构,从而降低16种优先监控的毒性PAHs的含量。     

煤及其燃烧产物中多环芳烃及环境效应研究

分析了原煤中PAHs的含量、种类和形成机制与煤的形成环境、煤变质程度、煤质等之间的关系．阐述了燃烧产物中多环芳烃（PAHs）的种类、赋存分布规律、含量变化及其与煤质特征、燃烧条件的相关关系，讨论了在燃煤过程中各因素对多环芳烃总量和多环芳烃的释放特征影响．总结了低环多环芳烃的释放及其环境效应．根据目前研究现状，分析了对煤中多环芳烃研究存在的问题及今后研究的趋势．     

煤燃烧过程中多环芳烃生成影响因素分析

综合论述了煤燃烧过程中多环芳烃(简称PAHs)生成的影响因素。多环芳烃的生成量随挥发分含量、燃烧温度增高而增大,随碳、灰分、氯含量的减小而减小;采用流化床燃烧方式可以有效地减少煤燃烧时PAHs的排放;煤在氮气中热解产生的PAHs量比在空气中燃烧产生的大很多;多环芳烃的生成量随过剩氧气量的增加先减小后增大;在临界点前,随停留时间延长而减少;随添加剂铜的增加先增大后减小。     

煤中多环芳烃分布赋存规律研究

利用GC-MS(色谱-质谱)对采自华北部分矿区煤样的氯仿抽提液中多环芳烃(PAHs)进行了比较分析。结果表明,煤中PAHs含量与镜质组含量呈负相关关系,与惰质组含量呈正相关关系;煤变质程度是影响煤中PAHs种类及其含量分布的主要外在因素。由于PAHs的大部分化合物,除三芳甾烃和部分菲系列之外都是在成煤过程中经过复杂的化学结构演化形成的,不同的环境造成不同芳烃化合物的生成,煤的沉积环境作为其化学成分的外在影响因素,对煤中PAHs种类及其含量分布的影响也是比较显著的。     

不同变质程度煤中夹矸中多环芳烃的分布特征

以5种不同变质程度的煤中夹矸为研究对象,经索氏提取、旋蒸、层析等分离和提纯多环芳烃(PAHs)后采用高效液相色谱(HPLC)等测试方法对夹矸中含有的16种PAHs的分布特征进行研究。     

哈尔乌素矿区6号煤FTIR特征

采用傅里叶变换红外光谱仪对采自哈尔乌素矿区6号煤层中的4个样品进行了红外光谱(FTIR)分析。通过对红外光谱曲线的分峰拟合,可以得到样品中官能团种类与含量的信息。结果表明:哈尔乌素矿区6号煤中苯环二取代是芳香烃的主要结构;亚甲基、甲基、次甲基含量依次降低,煤中烷基侧链较多,支链化程度高;羟基的主要存在形式是自缔合羟基氢键;在醚氧、羰基和羧基三种含氧官能团中,醚氧的含量最高。通过对样品红外结构参数和最大镜质体反射率之间相关性的探讨,发现红外结构参数的变化与煤化作用过程第一次跃变的发生存在密切关系。     

烷基化法降低煤焦油沥青中毒性多环芳烃含量的研究进展

煤焦油沥青（简称“煤沥青”）是高温煤焦油常减压蒸馏后的残余物,尽管煤沥青在中国产量很大,但由于其具有较高毒性,因此限制了它的广泛应用。通过固体13C NMR和气相色谱/质谱联用等技术发现煤沥青的毒性来源于其含有大量的毒性多环芳烃(PAHs),包括美国环保署(EPA)优先监控的16种PAHs,如荧蒽、芘和苯并[a]芘等。介绍了煤沥青的各种抑毒改性方法,包括化学交联法和物理化学法,现有的研究主要集中在化学交联法;通过对比煤沥青与石油沥青的分子结构,发现石油沥青中具有较高的脂肪族烃类,提出通过长链烯烃烷基化的方法,在PAHs上加上烷基侧链,生成无毒的长链烷基取代PAHs,以抑制煤沥青的毒性。因此重点阐述了烷基化交联改性方法,详细总结该方法的反应原理、所使用的催化剂,并对国内外有关改性试验结果和理论研究工作进行了综合分析,首先使用高斯模拟16种PAHs与烯烃的烷基化反应,得出其反应的一般规律;其次选取模型化合物进行烷基化反应,探讨在煤沥青改性过程中相关PAHs可能发生的反应及反应机理;最后将模型化合物烷基化实验所得到的反应条件应用到真实煤沥青体系,并分析改性前后煤沥青中美国环保署优先监控16种...     

环境中多环芳烃的研究进展

介绍了多环芳烃的来源和危害,同时综述了国内外对多环芳烃的样品预处理及检测方法,并对其发展趋势进行了简要讨论。     

多环芳烃氧化反应的研究进展

本文综述了煤信油中富含的萘、蒽、菲、苊、芴等多环芳煤氧化反应的研究进展。     

煤焦油沥青中多环芳烃的柱层析分离及其GC-MS分析

室温下用等体积的二硫化碳-丙酮混合溶剂对煤焦油沥青进行超声辐射萃取,煤焦油沥青中多环芳烃(PAHs)被混合溶剂萃取,用硅胶吸附萃取物,以石油醚为洗脱液洗脱硅胶,采用柱层析法对煤焦油沥青中多环芳烃进行了分离.在定量收取的洗脱液中分别析出了白色晶体、白色粉状物质和无色晶体(分别标记为M1,M2,M3),用气相色谱-质谱联用仪(GC/MS)分别对M1,M2,M3进行了分析.结果表明,M1中主要为3个环的多环芳烃和杂环化合物,M2中主要为4个环的多环芳烃和杂环化合物,M3中全部为4～5个环的多环芳烃.     

煤焦油软沥青中多环芳烃的分离及其成分分析

将煤焦油在380℃下蒸馏得到软沥青,在室温下用等体积的二硫化碳-丙酮混合溶剂对软沥青进行超声辐射萃取,软沥青中多环芳烃（PAHs）被混合溶剂萃取,用硅胶吸附萃取物,以环己烷、甲苯、石油醚为洗脱液分别洗脱硅胶,采用柱层析法对软沥青中多环芳烃进行了分离。在定量收取的洗脱液中分别析出了白色晶体、白色粉状物质和无色晶体（分别标...     

基于分子质量的煤沥青芳香分组成结构表征

为获得分子水平上煤沥青中芳烃结构组成,采用超高分辨率的傅里叶变换离子回旋共振质谱(ESI FT-ICR MS)等分析手段,对煤沥青芳香分进行表征。研究结果表明,在正离子ESI模式下,在样品中共鉴定出12类不同分子组成的化合物,其中相对丰度较高的是芳烃类、N1和O1类化合物。根据各类化合物的DBE、碳数分布情况及分子量可知,芳烃化合物主要是5个碳环和6个碳环的稠环芳烃,且煤沥青中存在带有C1~C3烷基取代的5个苯环的稠环芳烃和带有C1~C2烷基取代的6个苯环的稠环芳烃。N1类化合物主要是喹啉类碱性氮化物,其中具有最高的相对丰度的N1类化合物母核结构为三苯并喹啉。鉴别出的O1类中性氧化物中含量最高的是可能含有4个苯环的呋喃类物质,O2类化合物含量很少,可能是呋喃类物质二聚体。     

煤矸石充填重构土壤后多环芳烃的淋溶特征研究

以大同煤矿集团忻州窑矿煤矸石为研究对象,采用动态淋溶装置模拟煤矸石中所含多环芳烃在雨水淋溶作用下的迁移,利用化学检测手段对淋溶前后煤矸石中所含多环芳烃进行定量分析,从而找到煤矸石充填重构土壤后多环芳烃的迁移特征.研究表明,煤矸石中所含多环芳烃在雨水淋溶作用下随着埋藏时间和覆土深度的增加逐渐全部迁移到周围土壤中,其迁移数...     

煤沥青最佳热处理工艺条件的研究

为了在延迟焦化塔中制取高密度沥青焦,首先需要对煤沥青进行热处理以除去不溶物质和进行组分调制.采用管式炉、真空闪蒸塔组织沥青改性处理过程, 数字化控制系统监控整个工艺流程,通过合适的神经网络结构和训练算法对重闪蒸油产出率及相关工艺参数之间的关系进行辨识,并应用稳定性理论对网络误差、隐层个数以及网络收敛趋势进行讨论.研究表明:适当提高管式炉出口温度可以增加重闪蒸油的产量;过高的温度控制会使物料黏度急剧上升,导致热处理条件恶化;有限量参数的采集和非线性曲线拟合可以弱化原始数据的随机性,并且通过模型的不断修正而收敛到满意的精度,从而在较短的时间内搜索到最佳热处理条件.     

4种阴离子表面活性剂在煤沥青表面的润湿规律

为了探讨分散剂溶液对煤沥青表面的润湿性能,通过表面张力与接触角的测定研究了SDS,SDBS,NA和SN四种结构互异的阴离子表面活性剂溶液在煤沥青表面的润湿规律,并探讨了表面活性剂溶液在煤沥青表面的临界表面张力、铺展系数、黏附功和吸附机理。结果表明,SDS和SDBS溶液的表面张力和接触角均低于NA和SN,且计算得出的铺展系数高于NA和SN,而黏附功则低于NA和SN,说明SDS和SDBS溶液在煤沥青表面的润湿性强于NA和SN,而黏附性则低于NA和SN。4种表面活性剂的γlg-cosθ曲线均符合Zisman理论。SDS和SDBS的黏附张力(γ1gcosθ)与表面张力(γ1g)的曲线呈线性关系,可推测这两种表面活性剂分子在煤沥青表面的范德华吸附是润湿过程的主导因素。     

对苯二甲醛改性煤沥青的流变性能研究

为了研究对苯二甲醛(TPA)改性煤沥青的流变性能,采用旋转黏度计测定了煤沥青及TPA改性煤沥青的表观黏度,研究了表观黏度与温度的关系;采用示差扫描量热法（DSC）研究了TPA改性煤沥青的热行为.结果表明：TPA改性煤沥青的黏度与温度的关系曲线呈现W型,并且在200～225 ℃之间处于低黏流区,表观黏度值约200～400 mPa·s,可以作为浸渍剂煤沥青使用;TPA改性煤沥青在高于225 ℃时表观黏度值迅速上升,另外,TPA改性煤沥青在低黏度区域具有较低的活化能,这对煤沥青的浸渍工艺有益.     

大尺度煤热解多环芳烃生成及排放规律

煤层热解是煤田火灾和煤层气化的重要过程,也是多环芳烃（PAHs）生成及排放的重要来源。选用4种低变质煤,在水平管式炉内进行煤层热解模拟实验,研究了16种US EPA优控PAHs在不同热解温度条件下的生成和分布特征。结果表明：PAHs的生成受热解温度的影响显著。热解产物中PAHs分布以3环PAHs为主,占80%以上;2环萘的生成随热解温度的升高快速下降;热解温度高于700 ℃时,4环类PAHs生成显著增加;5环、6环类PAHs生成量小于1.0 mg/kg;高毒性苯并(a)芘的峰值出现在500～700 ℃,二苯并(a,h)蒽在400 ℃时生成量最大。热传导及传质阻力是影响大尺度煤非等温慢速热解过程PAHs生成及排放的主要因素。随煤变质程度的增加,高毒性PAHs生成量增大。400,900 ℃热解条件下PAHs毒性当量最高。     

CaSO_4/膨润土载氧体煤直接化学链燃烧中PAHs的生成

为了控制煤直接化学链燃烧中多环芳烃(PAHs)的生成,减少载氧体表面的积碳现象,在模拟化学链燃烧反应器中,采用机械混合法制备的CaSO_4/膨润土载氧体与煤发生化学链燃烧反应,利用气相色谱仪对PAHs进行定性和定量分析,研究了不同煤种、不同温度、不同载氧体/煤比例PAHs的排放特征。结果表明,随挥发分的增加,不同煤种生成的PAHs总量分布依次为:无烟煤烟煤1烟煤2烟煤3。煤中含碳量、H/C摩尔比、O/C摩尔比对PAHs的生成也有一定的影响。化学链燃烧反应主要生成2环、3环芳烃,4环、5环芳烃相对较少,均没有生成6环芳烃。当温度为900℃,载氧体/煤为2.4时,CaSO_4/膨润土载氧体与烟煤3反应生成的PAHs总量最少。     

典型多环芳烃污染场地土壤健康风险评估及 参数敏感性分析

以某典型多环芳烃污染场地为研究对象,对土壤中USEPA优控的16种多环芳烃进行调查和风险评估,研究不同污染因子的主要暴露途径以及评估过程中关键参数的敏感性。结果表明:场地土壤中苯并[a]芘、萘、苯并[a]蒽、苯并[b]荧蒽、二苯并[a,h]蒽存在不同程度的超标,最大超标倍数依次为39.91、11.44、0.07、0.20、1.00。风险评估结果显示,苯并[a]芘、萘、苯并[a]蒽、苯并[b]荧蒽、二苯并[a,h]蒽的风险水平均超过可接受风险水平1.00×10^-6,其中萘的主导暴露途径为吸入室内空气中气态污染物,苯并[a]芘、苯并[a]蒽、苯并[b]荧蒽、二苯并[a,h]蒽的主导暴露途径为经口摄入土壤颗粒物和皮肤接触土壤颗粒物,后续应根据污染物的主导暴露途径,有针对性地采取管控措施。参数敏感性分析结果表明,萘的敏感性参数主要为地基裂隙中空气体积比、土壤颗粒密度、土壤有机质含量、室内空气交换速率和室内空间体积与气态污染物入渗面积之比;苯并[a]芘、苯并[a]蒽、苯并[b]荧蒽、二苯并[a,h]蒽的敏感性参数为儿童暴露期、成人暴露期、儿童平均体重、儿童每日摄入土壤量等,未来土壤污染风险管理中应根据污染物特性,合理确定评估参数的取值,准确评价地块风险水平。