Зубцов С.С., Шевкопляс В.Н., Бутузова Л.Ф.

СТРУКТУРНО-ГРУППОВОЙ СОСТАВ ПЕРВИЧНЫХ СМОЛ ПИРОЛИЗА УГЛЕЙ РЯДА МЕТАМОРФИЗМА И РАСТЕНИЙ-УГЛЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М.Литвиненко НАН Украины, г. Донецк, донецкий национальный технический университет

Природные угли представляют собой сложные высокомолекулярные полифункциональные соединения, поэтому процесс их разложения при термическом воздействии представляет собой совокупность многих реакций. Термодеструкция начинается с разрыва наиболее слабых химических связей и по мере повышения температуры в процесс вовлекаются фрагменты со все более прочными связями. При этом парафиновые углеводороды расщепляются на меньшие по молекулярной массе парафины и олефины (место разрыва приходится на С-С связь посередине цепи), нафтеновые углеводороды характеризуются разрывом кольца или дегидрированием с образованием ароматических углеводородов, ароматические соединения подвергаются конденсации и укрупнению молекул. Результатом термодеструкции является образование парогазовых продуктов, в том числе смол, которые представляют собой сложную смесь соединений (конденсированные ароматические структуры, нафтеноароматические соединения, предельные и непредельные алифатические соединения). Групповой состав смол изучался многими исследователями, но не выявлены общие закономерности его изменения для углей разных типов.

Целью настоящего исследования является изучение структурно-группового состава первичных смол, извлеченных в мягких условиях пиролиза (при температуре максимума основного термического разложения по кривым ДТГ и ТГ) для углей всего ряда метаморфизма и для некоторых растений-углеобразователей.

Смолы пиролиза получали загружая навеску исследуемого образца массой 2-10г (фракция 0-0,5мм) в реактор с неподвижным слоем (объем 20м3) вакуумируя и нагревая со скоростью 25?С/мин до температуры максимума основного термического разложения, определенной методом дериватографии.

ИК-спектры регистрировали на спектрофотометре UR-20 в области поглощения 3800-400см-1. Исследование проводили в тонком слое, помещая навеску образца 6,3г между двумя прозрачными пластинами. Полуколичественный анализ ИК-спектров проводили методом базовой линии. Относительные значения оптических плотностей определялись, используя в качестве эталона полосу поглощения Д1600.

Все спектры исследуемых смол имеют следующие полосы поглощения:~3400см-1-связанные водородной связью гидроксильные группы -О-Н, ~3000-3030см-1-валентные колебания С-Нар групп, ~2850-2960см-1-валентные колебания С-Нал связей, ~1650-1700см-1-валентные колебания С=О, ~1600см-1-ароматические -С=С- связи, ~1280-1000см-1-С-О-С связи, ~770-870- деформационные колебания C-H в замещенных ароматических кольцах. Это свидетельствует о том, что в составе первичных смол в ряду гуммитов от торфа до антрацита содержатся ароматические углеводороды, предельные, непредельные и гидроароматические углеводороды жирного ряда и кислородсодержащие соединения, прежде всего фенолы. Последние преобладают в торфах и бурых углях наряду с соединениями, содержащими С=О связь.

Как видно из рисунка, оптическая плотность пика 3400см-1 практически монотон-но уменьшается с увеличением степени зрелости исходного угля, а местоположение пика сдвигается в область меньших волновых чисел(~3100-3200см-1). Это можно объ-яснить тем, что при увеличении степени метаморфизма изменяется характер самих во-дородных связей происходит их упрочнение (до фенольных и хиноидных структур) . Оптическая плотность полосы 1700см-1 сильно возрастает для бурых углей и постепен-но интенсивность падает при увеличении степени углефикации. Угли средней стадии метаморфизма отличаются относительно высоким содержанием С-Нал и С-Нар групп, что связано с их высокой спекающей способностью.

Рис.1 Изменение относительного содержание ОН, С=О и С-Нар групп в смолах пиролиза в зависимости от Сdaf углей и растений-углеобразователей.

[Вверх]