微波辅助过氧化氢氧化褐煤提取黄腐酸的研究

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褐煤氧化解聚是提取煤基黄腐酸的一种有效手段。针对黄腐酸传统提取方法提取率低和效率低等问题,采用过氧化氢法、微波联合过氧化氢法、过氧化氢-冰醋酸法和微波联合过氧化氢-冰醋酸法氧化呼伦贝尔褐煤提取黄腐酸,通过硫酸-丙酮法对黄腐酸进行纯化,得到一种高效提取黄腐酸的方法。使用多种手段对纯化后的高纯黄腐酸进行结构分析和表征,确定黄腐酸宏微观结构。利用分子化学和数学方法,将煤的复合结构模型与收缩未反应芯动力学模型相结合分析氧解反应动力学,得到氧化解聚过程相关反应动力学参数。呼伦贝尔褐煤储量十分丰富,但高水分和高灰分的特点限制其进行有效的工业开发利用。本论文分别对过氧化氢法和微波联合过氧化氢法氧化呼伦贝尔褐煤提取黄腐酸进行单因素和正交实验的研究,优化条件下得到黄腐酸的收率分别为15.22%和16.58%。过氧化氢法反应时间为60 min,微波联合过氧化氢法反应时间为7 min,表明微波提高反应速率,缩短反应时间,并提高黄腐酸收率。过氧化氢法和微波联合过氧化氢法产生的氧解残煤中仍残留较多的有机质,因此需要提升氧化剂的氧化性能。冰醋酸与过氧化氢反应生成氧化能力更强的过氧乙酸,提高氧化剂溶液的氧化能力。分别对过氧化氢-冰醋酸法和微波联合过氧化氢-冰醋酸法进行单因素和正交实验的研究,优化条件下得到黄腐酸的收率分别为57.83%和62.30%,表明过氧化氢溶液中加入冰醋酸可显著提高黄腐酸收率。褐煤氧化解聚提取的黄腐酸含有少量的无机盐和其他腐植酸类物质,因此采用硫酸-丙酮法分别纯化四种方法提取的黄腐酸,以提高黄腐酸的纯度。分别对四种纯化后的黄腐酸进行元素分析、总酸基和羧基含量、E4/E6、UV-Vis、FTIR和1H NMR谱分析。分析结果表明,微波条件下提取的黄腐酸的羧基含量增加。氧化剂氧化能力较弱时,被氧化的煤中有机物为嵌入大分子结构中的小分子化合物,随着反应条件的提升,煤大分子结构被破坏,芳香族化合物有规律溶出。反应动力学的研究对实现工业化应用具有重要的指导意义。采用煤的复合结构模型解释黄腐酸的溶出规律。研究创新采用收缩未反应芯模型研究微波联合过氧化氢-冰醋酸法氧化解聚褐煤的反应动力学,计算反应的相关动力学参数,求得反应活化能E=38.04 k J/mol,反应级数n=1.1,频率因子A=2.67×103,得到微波联合过氧化氢-冰醋酸法氧化解聚褐煤的反应速率表达式。
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