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煤炭作为世界的重要能源之一,是近代冶金与化工重要原材料。褐煤在煤化工领域扮演重要角色。腐植酸是褐煤的重要组成成分并具有较高的利用价值,宝清褐煤与峨山褐煤均属于高腐植酸煤。论文从褐煤的高效利用出发,以腐植酸提取率为目标,通过响应曲面法(Response surface methodology,RSM)考察不同溶剂下褐煤制备腐植酸的最优工艺参数,以此提高宝清褐煤与峨山褐煤的利用率,为之后褐煤制备腐植酸的工业化提供一定的理论支持。褐煤与腐植酸均属于大分子有机化合物,它们的结构一直是研究的热点与难点。本文从原料出发,对褐煤及腐植酸的结构特性关系进行初步研究;论文比较不同溶剂制备的腐植酸结构特性的异同,对褐煤与腐植酸的结构特性进行初步研究,为之后褐煤及腐植酸的结构特性研究提供一定的理论支持。论文主要研究内容如下:(1)论文选用宝清褐煤(BQ)和峨山褐煤(ES)作为主要研究对象,通过对褐煤的含氧官能团、芳碳率、微晶结构、表面元素、碳链结构、热稳定性等进行分析。其结构特性为:宝清褐煤属于高灰分煤、特高挥发分煤、低硫煤,峨山褐煤属于低灰分煤、特高挥发分煤、特低硫煤。二者均含有较多的含氧官能团,两种褐煤的微晶结构相差不大;宝清褐煤的芳碳率为29.20%,脂碳率为67.09%。峨山褐煤的芳碳率为42.73%,脂碳率为51.75%。两种褐煤均有较好的热稳定性,宝清褐煤含有更多的碳酸盐,峨山褐煤含有更多的芳香族结构。(2)以KOH、NaOH、Na4P2O7三种溶剂作为提取剂来提取宝清褐煤中的腐植酸。以腐植酸提取率为响应值,采用响应曲面法来考察反应时间、反应温度、溶剂浓度及其交互作用对响应值的影响。结果表明,反应温度对目标值影响最大,其交互作用对目标值有一定影响。使用KOH提取宝清褐煤腐植酸的最优工艺参数为:反应温度为86℃,KOH浓度为0.04 mol/L,反应时间为2.0 h,此时腐植酸提取率为82.99%;使用NaOH提取宝清褐煤腐植酸的最优工艺参数为:反应温度为94℃,NaOH浓度为0.047 mol/L,反应时间为1.7 h,此时腐植酸提取率为87.96%;使用Na4P2O7提取宝清褐煤腐植酸的最优工艺参数为:反应温度为72℃,Na4P2O7浓度为0.027 mol/L,反应时间为2.0 h,此时腐植酸提取率为86.13%。(3)使用三种溶剂(KOH、NaOH、Na4P2O7)来提取峨山褐煤中的腐植酸。以腐植酸提取率为目标,使用响应曲面法来考察反应时间、反应温度、溶剂浓度及其两两交互作用对目标值的影响。实验表明,反应温度对目标值影响最大。其交互作用对目标值有一定影响。使用KOH提取峨山褐煤腐植酸的最优工艺参数为:反应温度为75℃,KOH浓度为0.043 mol/L,反应时间为2.0 h,此时腐植酸提取率为91.20%;使用Na OH提取峨山褐煤腐植酸的最优工艺参数为:反应温度为86℃,NaOH浓度为0.039 mol/L,反应时间为2.4 h,此时腐植酸提取率为87.96%;使用Na4P2O7提取峨山褐煤腐植酸的最优工艺参数为:反应温度为90℃,Na4P2O7浓度为0.033 mol/L,反应时间为1.6 h,此时腐植酸提取率为88.94%。(4)考察不同溶剂提取出的腐植酸结构性能的差异。对腐植酸的元素含量、含氧官能团、微晶结构、表面元素、碳链结构、热稳定性等进行分析。结果表明,三种溶剂提取的褐煤中HA的结构特征差异不大,使用NaOH和Na4P2O7提取出的腐植酸可能含有更多的含氧官能团。但总体而言,其结构特性基本一致。(5)褐煤腐植酸与褐煤结构特性的比较。结果表明:腐植酸的结构特性与褐煤较为接近。但腐植酸含有更多的含氧官能团,更少的灰分;比较二者的微晶参数可知,腐植酸的层片大小(La)更低;腐植酸的多糖类结构更少;腐植酸的脂碳率较低,芳碳率较大;比较二者的热分析可知,腐植酸的热稳定性也很好,环状有机物质更多,且不存在碳酸盐的分解,结构较稳定。