新疆哈密褐煤氧化解聚研究

莫海燕，李 萱

（巴音郭楞職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆庫爾勒 841000）

褐煤是一種煤化程度較低的煤種，在我國分布范圍廣，儲量大。以往褐煤大多被直接燃燒或者作為發(fā)電的燃料，污染大且利用率不高。利用褐煤煤化程度較低，水分含量大，揮發(fā)分含量高的特點，以褐煤為原料，通過氧化反應(yīng)可以得到脂肪酸、芳香羧酸及腐殖酸肥料等產(chǎn)品，這些有機酸在實際生產(chǎn)及煤炭的加工利用中均具有重要意義[1-4]。本文以新疆哈密地區(qū)褐煤資源為原料，利用煤的氧化技術(shù)，在一定的溫度下破壞褐煤的分子結(jié)構(gòu)，進而獲得高附加值的產(chǎn)物，通過實驗得出反應(yīng)溫度在80℃，為煤炭高效、清潔和高附加值轉(zhuǎn)化利用的新工藝提供重要的科學(xué)依據(jù)和關(guān)鍵的技術(shù)支撐。

1 實驗部分

實驗選用煤樣為新疆哈密褐煤，用密封式快速粉碎制樣機將哈密褐煤樣品進行粉碎，然后過200目篩，在105℃下干燥2h后待用。

在使用Fenton試劑作為催化劑氧化煤的研究中，影響氧化速率、產(chǎn)率的因素很多，主要因素有Fenton試劑配比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間及pH等。本實驗考察以上因素對氧化反應(yīng)的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)溫度對氧化反應(yīng)的影響

為了研究反應(yīng)溫度對反應(yīng)的影響，當Fenton試劑（Fe2+/H2O2）配比（質(zhì)量比）為1/25、反應(yīng)時間定為6h及pH等于3的條件下，改變反應(yīng)溫度進行實驗。結(jié)果如表1、圖1所示。

表1 不同反應(yīng)溫度下的實驗結(jié)果

圖1是反應(yīng)溫度與水溶性產(chǎn)物產(chǎn)率的變化關(guān)系圖，水溶性產(chǎn)物的產(chǎn)率隨反應(yīng)溫度的升高而增加，在溫度為80℃時達到最大值，為27.8%；堿溶性產(chǎn)物的產(chǎn)率隨著反應(yīng)溫度的升高有微小的增加而后又減小的趨勢；殘煤產(chǎn)率隨溫度的升高而不斷減少。可能是隨著溫度的增加過氧化氫分解速度加快，從表1中可看出產(chǎn)生的氣體是最多的。表1中氧化殘煤比未氧化前煤樣質(zhì)量還多，可能是因為加入的催化劑硫酸亞鐵進入了煤結(jié)構(gòu)空隙中，沒被處理出來。

圖1 反應(yīng)溫度對氧化產(chǎn)物產(chǎn)率的影響

2.2 pH對氧化反應(yīng)的影響

為了研究pH的變化對反應(yīng)的影響，由上面結(jié)論，溫度定為80℃，F(xiàn)enton試劑（Fe2+/H2O2）配比（質(zhì)量比）為1/25、反應(yīng)時間定為6h的條件下，改變pH進行實驗。結(jié)果如表2所示。

表2 不同PH下的實驗結(jié)果

圖2是pH與氧化產(chǎn)物產(chǎn)率的變化關(guān)系圖。pH為4.5時水溶產(chǎn)率最高，為28.3%，pH為4.5時堿溶產(chǎn)率最高，為13.1%，殘煤產(chǎn)率在pH為4.5時達到最小，為56.8%。

圖2 PH對氧化產(chǎn)物產(chǎn)率的影響

2.3 Fenton試劑配比對氧化反應(yīng)的影響

為了研究Fenton試劑配比對反應(yīng)的影響，由上面結(jié)論，溫度定為80℃，pH定為4.5，反應(yīng)時間定為6h的條件下，改變Fenton試劑（Fe2+/H2O2）配比（質(zhì)量比）進行實驗。結(jié)果如表3和圖3所示。

表3 不同F(xiàn)e2+/H2O2配比下的實驗結(jié)果

圖3 Fenton試劑配比對氧化產(chǎn)物產(chǎn)率的影響

圖3可以看出，水溶,產(chǎn)率隨著Fenton試劑的不同配比先降低后升高；堿溶產(chǎn)率隨著Fenton試劑的不同配比先降低后升高；殘煤產(chǎn)率隨Fenton試劑配比增加而不斷增加。

2.4 反應(yīng)時間對氧化反應(yīng)的影響

為了研究反應(yīng)時間對反應(yīng)的影響，由上面結(jié)論，確定反應(yīng)溫度80℃，F(xiàn)enton試劑（Fe2+/H2O2）配比（質(zhì)量比）為1/10及pH等于4.5條件下，改變反應(yīng)時間進行實驗。結(jié)果如表4所示。

表4 不同反應(yīng)時間下的實驗結(jié)果

圖4是反應(yīng)時間對氧化產(chǎn)物產(chǎn)率的影響，從圖4可以看出，水溶性產(chǎn)物的產(chǎn)率隨著時間的增加而減少；氧化時間為3h水溶性產(chǎn)物產(chǎn)率是最高的，為28.5%，堿溶性產(chǎn)物產(chǎn)率隨著時間的增加先增加再減少，在氧化時間為9h達到最高，為23.0%，殘煤產(chǎn)率隨氧化時間增長不斷減少。可能是隨著氧化時間的增長，煤中一些芳香結(jié)構(gòu)遭到破壞，整個煤結(jié)構(gòu)被破壞，形成小分子物質(zhì)，又繼續(xù)被氧化成為氣體。使得堿溶性產(chǎn)物先增加后減少。

圖4 反應(yīng)時間對氧化產(chǎn)物產(chǎn)率的影響

3 結(jié)論

以30% H2O2溶液為氧化劑，硫酸亞鐵為催化劑，在不同的操作條件下對哈密褐煤進行了氧化處理，得出以下結(jié)論：

1）在反應(yīng)時間、Fenton試劑（Fe2+/H2O2）配比、pH固定的條件下，反應(yīng)隨著溫度的升高得到的水溶產(chǎn)率也增加，在80℃時的最大產(chǎn)率是27.8%，溫度在40℃時得到堿溶性產(chǎn)物的產(chǎn)率最大，為9.2%。

2）在反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度、Fenton試劑（Fe2+/H2O2）配比固定的條件下，隨著pH的升高水溶性產(chǎn)物產(chǎn)率、堿溶性產(chǎn)物產(chǎn)率都先增加后減少，在pH為4.5時，都達到了最大值，分別為28.3%，13.1%。

3）在反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度、pH固定的條件下，隨Fenton試劑配比的增加水溶性產(chǎn)物產(chǎn)率、堿溶性產(chǎn)物產(chǎn)率出現(xiàn)先減少再增加的趨勢，在比例為1/10時出現(xiàn)最大產(chǎn)率，分別為25.7%和19.1%。

4）反應(yīng)溫度、Fenton試劑（Fe2+/H2O2）配比、pH固定的條件下，隨時間的增加，水溶性產(chǎn)物產(chǎn)率減少，堿溶性產(chǎn)物產(chǎn)率先增加再減少。