炼焦煤中硫醚/硫醇类有机硫的微波响应研究

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资源的紧缺和炼焦煤中有机硫组分的大量存在将直接影响焦炭、钢铁等产品的产量和质量。煤中有机硫成分复杂且难以有效脱除。含硫键在外加能量作用下发生断裂是微波脱硫的基础;脱除的关键是深入认知含硫组分在煤有机质中的赋存规律。本论文选取山西新峪炼焦煤作为研究对象,在分析有机硫赋存形式的基础上,筛选和合成了不同结构的硫醚/硫醇类模型化合物开展替代研究;解析煤样和硫醚/硫醇类有机硫的微波响应规律及影响因素;探讨微波非热效应对含硫化合物结构性能的影响;进行煤样微波脱硫探索性试验。以期为微波辐照脱除炼焦煤中有机硫提供必要的基本信息和理论依据,具体研究内容如下:1.获知新峪炼焦煤中硫的赋存形态新峪炼焦原煤中无机硫主要以黄铁矿的形式赋存,有机硫主要以噻吩类、硫醚/硫醇类和(亚)砜类形式赋存且以上各种类型有机硫含量相当;煤样中可萃取的小分子有机硫主要是噻吩类硫;新峪炼焦精煤中有机硫占总硫含量近90%且主要分布于大分子结构的萃余煤中。2.筛选和合成了不同结构的硫醚/硫醇类模型化合物筛选了不同结构的硫醚/硫醇类化合物;合成了较大分子量的硫醇、不同芳碳比的二羰基硫醚类和β-硫代酮类化合物,并采用傅立叶变换红外光谱、核磁共振氢谱和碳谱对合成的化合物进行了表征分析。3.煤样和硫醚/硫醇类化合物介电特性研究微波频率、含硫量和介质结构等影响有机硫化合物的介电特性:(1)含硫键可明显增加硫醚/硫醇类化合物的微波极化响应能力,含硫量越大,模型化合物的介电常数实部值(ε’)越大;(2)不同结构的硫醚/硫醇类化合物最佳微波活化频率不同;(3)硫醚类化合物,ε’峰值及其对应的微波频率随着芳碳比的增加而增大。(4)微波能主要以非热效应的形式作用于硫醚/硫醇类化合物,综合考虑热效应与非热效应的影响,0.5GHz~2GHz频段是微波辐照脱除硫醚/硫醇类有机硫的最佳频率范围。4.微波非热效应对有机硫化合物结构性能的影响硫醚/硫醇类介质中含硫键是化学反应的活性点;微波非热效应可改变化合物分子内部的电荷分布和能隙大小等参数;影响极性基团的振动强度、键能大小分布及基团的稳定性,间接实现含硫键的活化。但不会产生新的化学键,也不会断裂其原有的化学键。5.微波辐照脱除炼焦煤中含硫组分的试验研究在热效应和非热效应共同作用下,微波辐照能够有效脱除炼焦煤中硫醚/硫醇类有机硫;微波和硝酸预处理强化了过氧化尿素对新峪炼焦煤中硫的氧化脱除,最佳条件下有机硫的脱除率达到28.5%。
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