煤瀝青是煤焦油提取各種輕餾分后的高溫剩余物，平均分子量為200~2000，H/C（原子比）為0.5~1.0。煤瀝青為多相體系，基本組成單元為脂肪烴、環(huán)烷烴、多環(huán)、稠環(huán)和雜環(huán)芳烴等。因常溫下呈玻璃相，受熱軟化繼而熔化，故依據(jù)軟化點[7]，將其分類為≤75 ℃的低溫（CTPD）、75~95 ℃的中溫（CTPZ）和≥95 ℃的高溫煤瀝青（CTPG）。
目前，我國CTPG 和CTPZ 年產(chǎn)量分別超過1000 萬噸和540 萬噸[8]。CTPG 性能較為優(yōu)良，經(jīng)適當?shù)幕瘜W改性后，可用于制備粘結(jié)劑、碳纖維、碳陽極和石墨電極等高附加值產(chǎn)品。而CTPZ 則不同，因其性能差別較大，對其認識程度低，用途有限，主要作為燃料使用。顯然，從分子結(jié)構(gòu)和組成層面深入認識兩者的差異，對于拓寬CTPZ 的用途，提高其利用率和經(jīng)濟價值非常必要。采用正庚烷、甲苯、吡啶和喹啉等溶劑， 依次萃取分離山西高溫煤瀝青（CTPG）和新疆中溫煤瀝青（CTPZ），研究了兩者的族組成和分子結(jié)構(gòu)特點。研究結(jié)果表明，一則，CTPG 中正庚烷不溶甲苯可溶組分（HI-BS）含量約為40%，喹啉不溶物（QI）含量約為12%。而CTPZ中HI-BS含量達到67%，QI 含量僅為1%；二則，元素分析表明，CTPG 和CTPZ 的H/C 比分別為0.514 和0.967；1H-NMR 分析表明，兩者的芳香度分別為0.962 和0.664，芳香環(huán)取代度分別為0.06 和0.32。FT-IR 分析也表明，CTPZ 分子結(jié)構(gòu)以脂肪側(cè)鏈和環(huán)烷烴為主，芳構(gòu)化程度低。
依次采用正庚烷和甲苯，萃取陜北中溫煤焦油，制得煤瀝青試樣。元素分析表明其H/C為0.8，F(xiàn)T-IR 分析表明其分子結(jié)構(gòu)卻以多環(huán)和雜環(huán)芳烴為主。直至目前，人們對中溫煤瀝青的探知還尚淺。新疆哈密淖毛湖CTPZ 為新疆典型低階煤經(jīng)氣化所得煤焦油中的煤瀝青。隨著新疆現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，中溫煤瀝青的產(chǎn)量逐年增加，迅速開拓其高附加值利用途徑迫在眉睫。故本文旨在以陜西榆林CTPG 為參照，深入分析淖毛湖CTPZ 在元素組成、熱穩(wěn)定性、微晶結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)特征、族組分組成等方面的差異，依據(jù)
YB/T 5194-2003《改質(zhì)瀝青》，研究分子結(jié)構(gòu)、組成及其熱聚合反應(yīng)對其相關(guān)性質(zhì)的影響，為新疆CTPZ 的高附加值利用提供基礎(chǔ)依據(jù)。
試樣分析與表征
采用德國VarioEL Ⅲ型元素分析儀，分析試樣的C、H、N、S 和O 等元素組成。其中，O 元素含量通過差減法獲得。采用美國TA 公司SDT-Q600 型熱重分析儀，分析試樣的熱穩(wěn)定性。氣氛為高純N2，流速為100mL/min。升溫速率分別為10 ℃/min、15 ℃/min
和20 ℃/min，從室溫升至850 ℃。采用德國Bruker D8 advance 衍射儀，分析試樣的微晶結(jié)構(gòu)。掃描范圍2θ 為10~80 o，石墨單色管，電壓40 kV，電流40 mA。
采用德國VEETEX-70 型紅外光譜儀，分析試樣有機質(zhì)官能團組成。掃描波段4000～400 cm-1，波數(shù)精度0.01 cm-1，累加掃描次數(shù)16 次，溴化鉀壓片制樣。采用美國Varian Inova-400 型超導核磁共振儀， 分析試樣有機質(zhì)中氫質(zhì)子分布。溶劑為CDCl3，內(nèi)標為TMS，共振頻率為399.740 MHz，采樣次數(shù)為20 次。
采用日本島津公司QP2010MS 型氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，測定試樣甲苯可溶物的分子組成。載氣為N2，分流比為100:1，進樣量為1.0 μL。色譜柱：DB-5MS UI，30 m×0.25 mm×0.25 μm；柱溫：50 ℃保持5 min，以10 ℃/min 升至180 ℃保持5 min，以5℃/min 升至280 ℃保持20 min；氣相：進樣口溫度為280 ℃；柱流速：1.2 mL/min；質(zhì)譜條件：離子源：200 ℃；溶劑延遲：5 min，scan 模式，采集時間5~52 min。
結(jié)論
（1）對于CTPZ 和CTPG，H/C 分別為1.005和0.510，O/C 分別為0.062 和0.015，相差2 倍和4 倍；采用Flynn-Wall-Ozawa 模型估算， 在210~390 ℃溫度內(nèi)，平均熱解活化能分別為84.24kJ/mol 和104.47 kJ/mol；XRD、紅外光譜和氫譜分析結(jié)果表明，CTPZ 的脂肪鏈多，而CTPG 芳烴多，芳構(gòu)化程度高；
（2）CTPZ 在718 cm-1 和727 cm-1 處存在—(CH2)n—(n≥4)的長鏈結(jié)構(gòu)吸收峰，而CTPG 在860~750 cm-1 處存在芳環(huán)上C-H 面外變形吸收振動峰。通過GC-MS 分析兩試樣的TS 可知，CTPZ和CTPG 組成結(jié)構(gòu)相差甚大，前者以C20~C36 正構(gòu)烷烴為主，后者以芳烴熒蒽類物質(zhì)為主；
（3）兩試樣的理化指標均不滿足改質(zhì)瀝青標準，但經(jīng)熱聚合反應(yīng)0.5 h，CTPG 達到改質(zhì)瀝青一級品標準。而CTPZ 熱聚6 h，除TI 和β 樹脂達到2 級品標準外，QI、CV 和SP 仍遠離標準值，表明它不宜做改質(zhì)瀝青原料；
（4）鑒于CTPZ 正構(gòu)烷烴的相對含量超過50%，且碳鏈長度在石蠟油的要求之內(nèi)，故可分離制備石蠟油；熱聚后試樣-TS 的GC-MS 表明，CTPZ 在聚合后一部分芳烴側(cè)鏈斷裂，聚合成為長鏈烷烴；而CTPG 高溫熱聚改性時，小分子芳烴通過縮聚反應(yīng)生成多環(huán)芳烴。
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