Вернуться в библиотеку

Источник: Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів/ Збірка доповідей VIII Міжнародної наукової конференції аспірантів і студентів. Т. 2 - Донецьк: ДонНТУ, ДонНУ, 2009. с. 170-171

Метод ИК- спектроскопии с Фурье преобразованиями (DRIFT) занимает особ место среди инструментальных методов исследования углей и процессов их термической деструкции, так как он позволяет получать качественные спектры этих сложных природных объектов. Инфракрасное излучение с частотой меньше 100 см^-1 поглощается органической молекулой и преобразуется в энергию ее вращения излучение в диапазоне около 1000 - 100 см^-1- в энергию колебательных движений атомов в молекуле. Применение распространенного метода снятия ИК-спектров пропускания путем таблетирования угля с КВг не позволяет сделать полуколичественную оценку спектров углей и продуктов их термодеструкции.

Большим преимуществом FT-IR метода является возможность использования компьютера для цифрового накопления и обработки данных, что позволяет производить операции расширения и сужения спектров, их сравнение или синтез, факторный и корреляционный анализ, вычитание спектра растворителя или минеральных примесей, показ и распечатывание кривых, программированный контроль эксперимента и коррекцию базовой линии.

В настоящей работе указанный метод использовали для оценки состава и свойств продуктов термической переработки шихт, составленных из донецких углей марки Ж (70 %) и марки Г (30 %) с различным сочетанием компонентов слабовосстановленного (Жа , Га) и восстановленного (Жв,гв) типов.

Термическую обработку углей проводили методом термофильтрации с определением выхода жидкоподвижной фазы и твердого остатка. ИК-спектры углей регистрировали на спектрометре "Bruker" FTS-7 с использованием техники DRIFT в Институте органической химии с центром фитохимии Болгарской Академии Наук. Угли для анализа готовили в форме 5 %-ных смесей с бромидом калия.

Коррекцию базовой линии проводили с использованием компьютерной программы "Origin". Построение базовой линии проводили по известным точкам локальных минимумов на спектре, которые регистрируются при определенной длине волны и являются характеристическими для всех ИК-спектров. Метод позволяет частично устранить последствия отклонения от закона Ламберта - Бера, обусловленные неоднородностью образцов, присутствием частиц большего размера по сравнению с длиной волны и др. Анализ DRIFT спектров проводили путем отыскания характеристических полос поглощения. Данный метод дает хорошо воспроизводимые результаты и широко применяется в углехимии.

По данным DRIFT-спектроскопии, основными структурными фрагмента исследуемых углей являются следующие:

1) ароматические углеводороды (в том числе карбонил- и фенолсодержашиел),о чем свидетельствует наличие характерных полос поглощения С=С связи при ~1600 см^-1 С=О связи в области 1705 - 1650 см^-1 (включая хиноидные группы в обласи 1653-1663 см^-1), поглощение в области валентных колебаний ОН-групп (3700 – 3300 см^-1) интенсивное поглощение -С-О-групп (1300-1100 см^-1), которое относят к деформационным колебаниям фенольных и эфирных групп, а также пики поглощения инфракрасных волн в области валентных и деформационных колебаний С_ар-Н связей при 3100-3000 см^-1и 900-700 см^-1соответственно;

2)алифатические насыщенные C_ал-H группы, которые идентифицировали по наличию интенсивного поглощения в области валентных колебаний 3000-2800 см^-1 (СН₃, СН₂, СН группы) и в области деформационных колебаний: 1480 см^-1 - 1430 см^-1, 1380 см^-1 _ 1370 см^-1 (СН3 -группы); 1485 см^-1- 1445 см^-1, 1305 см^-1, 1250 см^-1, 720 см^-1 (СН₂-группы); 1340 см^-1 (СН-группы)

3)-С=О группы в насыщенных соединениях, хорошо определяемые по полосам поглощение в интервале частот 1750-1700 см^-1 (альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, сложные эфиры)

На рисунке показаны спектры пластической массы (ЖНП) двух шихт составленных из слабовосстановленных углей марок Г и Ж (рис. 1а) и восстановленных углей тех же марок (рис.1б). Как видно из рисунка, тип углей по восстановленности определяет функциональный состав шихты. Угли типа «в» дают пластический слой, отличающийся высоким содержанием ароматического водорода (v=700-900 см^-1) и мостиковых кислород и серосодержащих групп (V=1200-1250 см^-1). ВЫХОД жидкоподвижной фазы и твердого остатка для пары восстановленных углей составляет 17,6% и 59,8% , а для пары слабовосстановленных - 20,9% и 54,3% соответственно. Замена восстановленного газового угля на слабовосстановленный резко увеличивает выход жидкоподвижных продуктов, ответственных за спекаемость угля. Влияние типа по восстановленности жирного угля менее заметно.

Например, в жидкоподвижных продуктах полученных из шихты Га + Жв резко Увеличивается относительное содержание CH _ap/CH_ал

по отношению к этому показателю 8 продуктах полученных из исходных углей. Неаддитивно уменьшается так же количество двух соседних атомов водорода при ароматических кольцах. Увеличивается содержание мостиковых - О - и - S - связей. Эти данные свидетельствуют об Увеличении степени ароматичности ЖНП, изменении способа упаковки ароматических олец в шихте и дополнительном образовании трехмерных сшитых структур при термической обработке смеси углей.

Полуколичественные данные обработки спектров показали, что происходит Чическое взаимодействие компонентов шихт, которое зависит от типа исходных углей и определяет качество пластического слоя.