Алкілування – це метод, що дозволяє детально вивчити первинну будову вугілля, отримати біомаркери – речовини, які визначають склад рослин-вуглеутворювачів.

У даній роботі розглядається метод метилування in suite. Можливості цього методу вивчалися тільки на бурому вугіллі і лігнітах (вугіллі низького ступеня метаморфізму). Ми продовжили роботу, застосувавши даний метод для дослідження кам'яного вугілля. При проведенні термохемолізу було вивчено структуру кам'яного вугілля Донбасу марок Д та Ж різних генетичних типів за відновленістю шахт ім. Гагаріна й Трудовської.

Аналітичний піроліз – це потужний метод вивчення природних біополімерів і геомолекул. У полімерних матеріалах під термічним впливом відбувається розщеплення ковалентних зв'язків з утворенням сполук з меншою молекулярною вагою, що відображають склад проби. Нещодавно традиційний піроліз був поліпшений шляхом швидкого нагрівання проби в присутності гідроксиду тетраметиламонію, відомого як « піроліз-метилуючий» або «термохемоліз». У протилежність звичайному піролізу, метод перешкоджає декарбоксилюванню й у результаті утворюються метилові ефіри й прості ефіри.

Установлення структури вугілля представляє виняткові труднощі, тому що воно характеризується великим набором кисневмісних функціональних груп: метоксильних (-О-СН3), карбоксильних (-СООН), гідроксильних (фенольних і спиртових -ОН), гетероциклічних атомів кисню та інших; а також різноманітним відношенням до органічних розчинників. Для дослідження структури вугілля застосовують низку фізичних методів – зняття спектрів поглинання (в ультрафіолетовій, видимій й інфрачервоній областях спектру; визначення оптичної щільності, рентгеноструктурний аналіз). З хімічних методів розповсюджене окиснення вугілля перманганатом калію, перекисом водню, азотною кислотою, киснем.

Для того, щоб визначити первинний склад кам'яного вугілля, необхідно вилучити з його органічної маси карбонові кислоти. Останні, при вилученні за умовою нагрівання, піддаються руйнуванню, перетворюючись на алкани. Щоб уникнути декарбоксилювання й одержати біомаркери – первісні речовини, які відображають склад рослин-вуглеутворювачів, можна провести термохемоліз – піроліз із використанням метилуючого агента – гідроксида тетраметиламонію (СН3)4NOH (25%-ний розчин у метиловому спирті). Припускається, що при проведенні термохемолізу перебігають наступні реакції:

Проведення офф-лайн термохемолізу здійснювалось в наступних умовах: близько 1-2 г вугілля марок Д и Ж було поміщено в керамічний човник і додано ~2 мл (СН3)4NOH 25% об. розчину в СН3OH. Вологу пробу було залишено на ніч. Потім її було поміщено до скляної трубки (60х3 см) і доправлено в піч, нагріту до 400°С (1 год), продукти термохемолізу було вилучено в потоці N2 (100 мл/хв) в уловлювач із СНСl3, охолоджений в крижаній бані (-20°С). Продукти було зібрано за допомогою СНСl3 і з'єднано із продуктами в уловлювачі, а розчинник відігнано на ротаційному випарнику. Потім продукти було розподілено на колонці із силікагелем з використанням суміші диетилового ефіру з гексаном. Було зібрано наступні фракції: гексан, 10% Et2O у гексані, 20% Et2O у гексані, 50% Et2O у гексані та спирт+бензол (50/50%).

В ході проведення експерименту було отримано наступні результати: визначено вихід рідкої фази стосовно загального змісту вуглецю у вихідній пробі для вугілля марки Д шахти Трудовської і марки Ж шахти ім. Гагаріна. Аналізу підлягало вугілля, різне за ступенем відновленності. Встановлено, що вихід рідкої фази з відновленого вугілля більше, ніж зі слабовідновлених для обох марок, до того ж вихід рідких продуктів з вугілля марки Д був набагато більше.

Рисунок 1 – вихід рідкої фази щодо загального вмісту вуглецю для вугілля марки Ж шахти ім. Гагаріна

Рисунок 2 – вихід рідкої фази щодо загального вмісту вуглецю для вугілля марки Д шахти Трудовської