离子液体萃取新疆伊犁煤直接液化残渣的热力学特性研究

The quantity of direct coal liquefaction residue (DCLR) is about 30% (mass fraction) based on the feed coal．Organic compounds extracted from DCLR are very important precursor ，such as asphaltene and pre-asphaltene et al.,for preparing high valued-added functional carbon materials. The efficient and environmental utilization of DCLR is very important to the industrialization of the direct coal liquefaction．Compared with traditional solvents，ionic liquids(ILs) are used as the green solvents or excellent media to extract DCLR due to their unique physicochemical properties，such as nonvolatility, ability to dissolve, synergistic effect designability, and so on．Many researchers have been studied the extraction of DCLR using ILs and the utilization of the extracts comprehensively, and made achievements fruitfully. However, to the best of our knowledge, the thermodynamic characterization of the extractive process has not been reported so far..The aim of the subject is to establish the method for determination of the thermodynamic parameters of DCLR and its extracts via inverse gas chromatography, and then explore the thermodynamic behavior of the extractive process of DCLR using ILs. Based on the principle of the dissolution in the similar solvent, the solvent have the similar solubility thermodynamic parameters with DCLR's will take more effectively extraction of DCLR, and this principle will be tested by the experiment. The achievement of this subject will not only provide the basic thermodynamic data of the DCLR processing technology, but also improve the theoretical system of ionic liquids extracting DCLR technology.

在煤直接液化生产过程中，会产生占原煤质量30％左右煤直接液化残渣（DCLR）。从DCLR可提取沥青烯、前沥青烯等组分，作为制备碳素材料的原料。无论从经济性还是环保角度出发，都应对DCLR进行合理高效利用。离子液体（ILs）相对于传统有机溶剂，具有不挥发、溶解能力强、性质结构可调等特性，使其成为潜在优良DCLR萃取剂。科研工作者已就ILs萃取DCLR工艺及其提取产物利用进行了研究，并取得了许多成绩。然而，尚未见该过程的热力学行为研究报道。.本题拟通过建立DCLR及其提取物热力学参数的反气相色谱测定方法，进而探索ILs萃取DCLR过程中的热力学行为。依据“相似相容”原则，提出了溶解度参数与DCLR相近的溶剂，具有更高提取效率的热力学判据，并进行验证。成果不仅可为DCLR处理提供热力学基础数据，还可完善ILs萃取DCLR技术的理论体系。

本题以煤直接液化残渣(DCLR)作为研究对象，采用反气相色谱技术(IGC)测定了DCLR和系列离子液体(ILs)的Hildebrand溶解度参数值。根据DCLR在不同温度下的Hildebrand溶解度参数与温度的关系曲线，采用外推法得到室温时(298.15K)DCLR的Hildebrand溶解度参数值为24.56 (J•cm-3)0.5。采用平衡溶胀法，测定了DCLR在纯溶剂中的平衡溶胀度，根据溶胀度高低判定了DCLR的良溶剂和不良溶剂。基于平衡溶胀数据，采用HSPiP软件模拟出DCLR的HSPs值。研究发现，采用两种方法得到的DCLR的Hildebrand溶解度参数值相接近，并且可以根据 值的大小和溶胀实验来判定的DCLR的良溶剂和不良溶剂，两种方法所得结果也基本一致。采用上述方法还分别测定了包括正己烷不溶物、甲苯不溶物、四氢呋喃不溶物、沥青烯、前沥青烯等DCLR提取物的热力学参数。.采用IGC技术测定了313.15-343.15 K温度范围内系列ILs的 值和Hildebrand溶解度参数值，并通过 值的大小判定了系列ILs的良溶剂和不良溶剂。根据这些ILs在不同温度下的Hildebrand溶解度参数与温度的关系曲线，采用外推法得到室温时(298.15K) ILs的Hildebrand溶解度参数值。依据ILs在纯溶剂中的溶解实验，判定了各ILs的良溶剂和不良溶剂。基于溶解实验结果，采用HSPiP软件模拟出ILs的HSPs (δD，δP，δH，δt )值。.选择单一有机溶剂、单一ILs、有机溶剂+有机溶剂、ILs+ILs及有机溶剂+ILs复合溶剂五类溶剂作为溶胀剂对DCLR进行溶胀，根据溶剂和DCLR的HSPs值计算了各类溶剂与DCLR之间的Ra值。研究发现，Ra值可以解释一些溶剂对DCLR的特殊溶胀现象，并且Ra值与Q之间呈明显的反比关系。相比于单一有机溶剂，单一ILs与DCLR之间的Ra值较小，对DCLR的溶胀效果也优于单一有机溶剂；复合有机溶剂、复合ILs及有机溶剂+ILs复合溶剂在一定程度上能够促进对DCLR的溶胀。.通过本项目的执行，扩展了“相似相容”原则在煤直接液化固废处理领域的应用，证明了溶解度参数与DCLR相近的溶剂，具有更高提取效率这一热力学判据。本项目的研究成果不仅为DCLR处理提供热力学基础数据，还可完善了ILs萃取DCLR技术的理论体系。