新疆硫磺溝煤超聲萃取物的分離與分析

李敬偉 劉浩 於舜堯 周俊

摘 要：為了研究新疆硫磺溝煤中可溶物的組成結構，采用超聲輻射的方法，選擇有機溶劑甲醇對原煤進行萃取，對萃取物進一步采用柱層析的方法進行分離。紅外光譜分析表明，新疆硫磺溝煤的可溶物中含有芳烴、烷烴、烯烴、炔烴、酮類等物質，為獲得煤中高附加值的有機化學品奠定了理論基礎。

關鍵詞：新疆硫磺溝煤；超聲萃取；柱層析分離；高附加值

煤與石油、天然氣一樣，本身并不能造成環境污染，而是人們從分子水平上對煤的組成結構認識太少，從而在研究煤轉化以及潔凈高效利用煤資源技術的開發方面長期未取得突破。因此，在煤能源高效潔凈利用的過程中，對煤中的有機物質的組成結構形成確切的認識，是在煤能源高效潔凈利用過程中首先要解決的問題[1-2]。

近年來，柱層析分離逐漸應用到煤化學的研究領域當中。王曉華等[3]對六枝和貴州月亮田這兩種原煤用甲醇/苯混合溶劑分別進行索氏萃取，用柱層析的方法對萃取物進行族組分分離，對各洗脫物進行氣相色譜法/質譜法（Gas Chromatography/Mass Spectrometry，GC/MS）分析，結果表明，各洗脫物的產物主要可分為脂肪族、芳香族和極性較大的非烴洗脫物。

本研究對甲醇超聲萃取物進行柱層析分離，洗脫劑依次選用石油醚、石油醚/乙酸乙酯9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5（V/V）洗脫，對各個餾分采用紅外光譜分析可溶物的化學結構。

1 實驗

1.1 儀器與試劑

實驗中主要用到的設備及其規格如表1所示。

實驗使用的甲醇、乙酸乙酯、乙醇和石油醚等溶劑都是市售分析純試劑。所用的原料新疆硫磺溝煤的工業分析及元素分析數據如表2所示。

1.2 實驗步驟

稱取質量為20 g的新疆硫磺溝煤，倒入500 mL的燒瓶中，加入400 mL的甲醇，用潔凈玻璃棒充分攪拌后，用保鮮膜將燒杯封好，并貼上標簽，放置在已經加熱到設定溫度50 ℃的超聲清洗機中，超聲萃取1 h，待萃取完畢后，靜置24 h。然后，用布氏漏斗和抽濾瓶進行抽濾得到濾液，倒入500 mL的蒸餾瓶中用旋轉蒸發儀蒸干，再用丙酮溶解后轉移到樣品瓶里，自然干燥就能得到萃取物，稱重。

采用濕法裝柱、干法上樣的方法進行柱層析的準備工作，依次使用石油醚、石油醚/乙酸乙酯9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5（V/V）進行洗脫。用100 mL的接收瓶連續接收洗出液，接好5瓶之后，倒入500 mL的燒瓶中，利用旋轉蒸發儀蒸去洗脫液，滴加適量丙酮超聲振蕩溶解，用膠頭滴管將洗脫物移至已稱量貼好質量標簽的稱量瓶中。

對柱層析后的產物進行紅外光譜分析。采用溴化鉀壓片方法制樣，然后將此薄片放入儀器光束中進行測定。掃描范圍為4 000～400 cm-1，掃描次數為32次，光譜分辨率為8 cm-1。

2 結果與討論

甲醇萃取物經柱層析分離所得洗脫物的紅外譜圖對比如圖1所示。

從圖1中可以看出，6者在3 650～3 300 cm-1區域都出現—OH和—NH基團的伸縮振動，說明樣品中都含有醇、酚類物質。只有石油醚洗脫物的紅外譜圖沒有在2 600～2 100 cm-1處出現—C≡C—伸縮振動吸收峰，其他洗脫物的紅外譜圖均有出現。石油醚和石油醚∶乙酸乙酯為9∶1（V∶V）洗脫物的紅外譜圖在1 680～1 620 cm-1處未出現烯烴的C=C伸縮振動吸收峰，其他洗脫物的紅外譜圖均有出現。石油醚和石油醚∶乙酸乙酯分別為9∶1、8∶2（V∶V）洗脫物的紅外譜圖在1 850～1 700 cm-1處出現C=O伸縮振動吸收峰，而隨著洗脫劑的淋洗，石油醚∶乙酸乙酯為7∶3、6∶4、5∶5（V∶V）淋洗所得洗脫物的紅外譜圖中未出現。隨著柱層析洗脫劑的淋洗，所得洗脫物的紅外譜圖吸收峰越來越少，甲醇萃取物得到分離。

3 結語

甲醇萃取物經柱層析分離，可以有效實現新疆硫磺溝煤中部分芳烴、烷烴、烯烴、炔烴、酮類等物質的分離，為獲得煤中高附加值化學品奠定了基礎。

[參考文獻]

[1] 周俊，宗志敏，魏賢勇.褐煤中可溶有機質的研究[J].化工進展，2013，32（9）：2085-2091.

[2] 聶銀元.大力推進煤的清潔高效利用[J].能源研究與利用，2018（6）：39-40.

[3] 王曉華，夏美麗，薛曉宏，等.兩種貴州煤苯-甲醇萃取物族組成分析與萃取動力學表征[J].潔凈煤技術，2006，12（1）：61-63.

Separation and analysis of ultrasonic extraction of Xinjiang sulphur ditch coal

Li Jingwei， Liu Hao， Yu Shunyao， Zhou Jun

（School of Material and Chemical Engineering， Xuzhou University of Technology， Xuzhou 221000， China）

Abstract：In order to study the structure composition of soluble materials in Xinjiang sulfur ditch coal， the organic solvent methanol was selected to extract raw coal by ultrasonic radiation， and the extract was further separated by column chromatography. Infrared spectrum analysis shows that the soluble materials of Xinjiang sulfur ditch coal contain aromatics， alkanes， olefins， alkynes， ketones and other substances， which lay a theoretical foundation for obtaining organic chemicals with high added value in coal.

Key words：Xinjiang sulphur ditch coal； ultrasonic extraction； column chromatography； high value-added