摘要：在煤焦油的加工中由于特性，非常容易堵车设备管道，尤其是催化剂多孔管道。为了更清晰的解决以上问题，研究煤焦油中沥青质的缔合性质是有意义的。本论文综合采用红外光谱法、紫外光谱法、荧光光谱法和X射线衍射法研究不同烷烃类沥青质缔合性质。研究结果表明：三种煤焦油沥青质都具有芳环结构，而且根据荧光发射光谱清晰的表明低浓度下沥青质分子几乎未存在缔合，大多以单分子形式存在。高浓度下存在分子间的缔合。当浓度升高到对应的缔合点，三种不同的正构烷烃沥青质缔合作用都增大，当增大到最高临界值时，导致吸光度降低，通过同步荧光光谱分析，正庚烷沥青质、正己烷沥青质、正戊烷沥青质的缔合点分别为50mg/L，150mg/L，75mg/L。缔合点浓度越低越容易发生缔合，因此缔合性质从高到低为正庚烷沥青质、正己烷沥青质、正戊烷沥青质。

关键词：缔合性质；不同烷烃；沥青质；荧光光谱

第1章文献综述

1.1煤焦油沥青质

1.1.1沥青质简介

沥青质主要可以分为煤焦油沥青、石油沥青质和天然沥青质三种：本次主要介绍煤焦油沥青质。

煤焦油沥青质是在煤炭干馏提炼出来的一种由多种成分构成的混合物，其分子间存在高度缔合，温度的变化对煤焦油沥青质地影响很大，冬季容易脆裂，夏季容易软化，加热时有特殊气味。在制作工业原料和飞机、汽车燃料有很大的加工意义。

本文中，在向煤焦油加入正构烷烃前，是一种稠状黏液的煤焦油，其沥青质存在大量的缔合，以及校核吸引，在加入了正构烷烃沉淀剂，沉淀剂分子进入到校核，减少了校核的表面能导致吸附性逐渐变低，根据沉降原理因而会留下沉淀，可以得到对应的沥青质。

1.1.2煤焦油沥青质的背景与意义

由于客观的因素，中国是一个煤炭资源丰富而石油资源贫乏的国家。随着人们日益增长的消费需求的扩大，当今的石油资源处于供不应求的状态。2000-2022年，中国原油净进口量为1.7亿吨，对外依存度达到48.76%，预计2023年将增至1.89亿吨。资源消耗的增长趋势。在未来很长一段时间内，中国原油进口将会增加，对外依存度将超过50%。据估计，到2025年，我国对外依存度将超过60%，这直接导致了中国能源安全水平的下降。

最后，为了保护地球的环境，降低温室效应，在最近的几年来，煤焦油化工关注度增高，和技术研发展趋势变高，我们国家的煤焦油加工规模与技术都取得了很大的进步，最主要的是其中在煤焦油加工分离技术研发上取得的很大的成果。为煤焦油加工提供了强有力的技术支撑，煤炭资源是地球上古植物留存给我们人类的礼物。因此需要对煤焦油沥青质缔合性质研究是有必要的。

第2章实验部分

2.1实验原料与试剂

本实验用中低温煤焦油原料来自于陕北某焦化公司。

2.2　检测步骤

2.2.1XRD检测

在实验之前，把关键的高压发生器向右拧45°，确认的正常连接电源，打开电源，打开电脑，并启动德国的D2-PHASER-X-ray衍射仪在，等待仪器和计算机之间连接成功，预热30min，打开计算机的测量软件，在桌面找到“Measuremnet Center”并且调整角度参数以及电压，将所有马达进行初始化。随后将三种不同的正构烷烃类沥青质磨细，分别均匀的放入检测器件，把制好的样品放到样品台上进行检测。检测完毕，文件保存格式为txt文本格式。随后按照顺序关闭仪器。先关闭高压，然后关闭所有软件，最后关闭计算机。

2.2.2红外检测

接通电源，启动F-7000型红外光谱仪器，连接数据线，打开计算机，启动桌面上的OMIC测量软件，预热30min。在预热过程中需要进行溴化钾压片，将溴化钾放入滤纸上，将三种不同的正构烷烃沥青质小心的放入烘箱（温度？），大约10min。在室温下，关闭实验室的通风窗口用分析天平称取刚才烘箱里的三种不同沥青质样品，用电子天平称取大约50mg纯溴化钾，把样品和溴化钾混合在一起放到玻璃研钵里进行足够的研磨，用药匙取研磨后的细粉，放到压片装置上，用手旋转30s，正对圆心小心得压片机上，把压力器拧紧，然后手动用液压机，压力调节到8-10MPa，得到压片变成了大概厚度为1.5mm的晶莹的透明薄片。

此时红外光谱仪进入就绪状态，把压片放置到模具里，先进行采集空气背景，然后置于红外光谱仪中，随后打开软件上面的采集选项。在这三种煤焦油沥青质的检测中，本次这个仪器设置的条件参数是：波长范围；400-4000cm-1，把扫描次数调整为三十二。扣除大气背景，采集前采集背景，等待测试完毕后，创立新建文件夹，记录本次测量数据，保存成txt格式的文件。

2.2.3紫外分析检测

接通电源，打开机器，打开电脑窗口的软件预热30min将配置好的系列浓度依次从小到大排列用四氯化碳润洗比色皿用四氯化碳做标样本，并放入紫外光谱仪第一个卡槽中，打开软件中的定基线选项，实验条件设置紫外测试参数波长800nm-200nm全波长扫描，随后把准样放入标样槽中，用待测样润洗另一个比色皿，加入三分之二以上放入样品槽中点电脑中的开始测量，同种的正构烷烃沥青质不同浓度测量重复以上步骤，最后记录数据为txt格式。

2.2.4荧光分析检测

接通电源，打开荧光检测仪器，等待机器为绿色灯光开始测量，本次测量的荧光数据分为发射荧光光谱，和激发荧光光谱。以及同步荧光光谱，实验条件为全程500伏特的电压，开始波长为200nm到结束波长为700nm，狭缝宽5nm，扫描速度1200nm/min，同步的步长Δλ=13nm。检测一组然后保存数据为txt格式。最后按要求关闭计算机以及检测仪器，以免仪器损坏。

第3章结果与讨论

3.1XRD衍射分析

图3-1是三种沥青质XRD图谱谱图中存在特征衍射峰的角度分别为16°、25°附近的γ峰和002峰，γ峰是由沥青质分子烷基侧链衍射造成的，反映烷基侧链的堆积程度。而002峰是由稠芳香环层衍射造成的，其表征石墨化的芳香碳衍射峰。正庚烷沥青质、正己烷沥青质和正戊烷沥青的XRD图谱如图3-1所示。由图可知，正庚烷沥青质的002峰峰形很明显，表明正庚烷沥青质接近石墨的002衍射峰（25°），具有类似于石墨的有序排列结构且石墨化程度相对较高。而正戊烷沥青质和正己烷沥青质的γ峰更强，因此正戊烷沥青质和正己烷沥青质的烷基侧链的堆积程度更好正戊烷沥青质的平均粒径与正己烷沥青质的基本一致。根据Scherrer公式及Bragg方程，计算微晶结构参数。计算结果如表3-1所示D002为芳香片层间距，LC为芳香片层高度，M为芳香片层数，正庚烷沥青的芳香层间距最大然后是正戊烷沥青质最后为正己烷沥青质，正庚烷沥青质支链多，这与XRD结果表征一致，M越低晶格化程度越小。

3.2红外光谱分析

根据图3-2红外光谱图对应的标准吸收峰。三种不同正构烷烃沥青质的红外分析红外谱图的峰从3750cm-1到500cm-1走向的趋势几乎是完全相同的，可以间接的证明三种沥青质都含有类似的官能团。尤其是特别注意是吸收峰中的前两个峰值强度分别是保持在小于2999cm-1的和1599cm-1处的前后。根据文献两个明显的峰强度分别表现为是C-H键骨架的伸缩振动吸收峰值和是C=C键骨架的伸缩振动吸收峰。说明了该样品分子壁层中至少还可能存在过少量芳烃结构。3058cm-1处峰面的吸收峰值强度仍保持较弱。说明了该峰沥青质颗粒成分中仍可能会含有一种高度可缩合性的芳环结构。在900-600cm-1之间发现有多个强吸收峰，这些峰实际上均应是一个位于被取代基芳环上的C-H双键面上的强外旋或弯曲的振动峰。说明具有上述的三种不同类型的正构烷烃沥青质中有相似的取代基。2921cm-1、2857cm-1和1449cm-1、1376cm-1存在多个甲基、亚甲基、碳氢键面的振动吸收峰都是煤焦油混合物中的沥青质里的烷烃吸收峰。沥青质分子是几乎不能够溶于水的，说明了这些烷烃烃环是主要以烯烃与环芳烃结构键合形成的侧链形式广泛存在着于沥青质体中的。本次实验的红外谱图中出现1262cm-1的吸收峰，应该考虑是醇、烃酚醇、醚类结构样品中出现C-O键吸收峰值，从红外数据来分析发现此峰吸收的光谱强度相比较较大，说明该样品结构中出现C-O键结构的较多。

说明了三种不同的正构烷烃沥青质具有相似的结构，为后续的紫外荧光吸收间接的证明存在强烈的吸收峰，但是红外不能进一步分析不同烷烃沥青质的缔合性质的研究。

第4章结论

通过实验得出数据，分析后可以得出以下几个结论：

煤焦油加入不同正构烷烃类沥青质都存在多环芳烃结构，煤焦油沥青质分子间一定存在复杂的缔合作用。

（1）不同沥青质的缔合性质正庚烷沥青质芳香性最小，正戊烷和正己烷缔合度很相近，芳香性正己烷大于正戊烷沥青质大于正庚烷沥青质。

（2）煤焦油沥青质分别加入了三种在一定量的正构烷烃，得到的三种沥青质沉淀物的质量正庚烷的最小。

（3）根据上述荧光光谱数据，当三种正构烷烃的沥青质浓度很小时，几乎没有缔合。通过对比分析，当浓度慢慢增加到一定量时，三种沥青质分子开始增多，分子间的缔合逐渐开始。此外，所得荧光峰分析正庚烷沥青质、正己烷沥青质、正戊烷沥青质，对应它们的结合点分别为50mg/L、150mg/L、75mg/L。

参考文献：

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