微波辐射条件下兖州煤 CS2 萃取物的 GCMS分析
微波辐射条件下兖州煤 CS 2 萃取物的 GC/MS 分析*
鞠彩霞，陈 虹，王飞军，姜发琴，宗志敏，魏贤勇 （中国矿业大学化工学院徐州江苏 221008 ）
摘要：在微波辐射条件下用 CS 2 萃取兖州煤，用GC/MS 技术分析了萃取物的组成。结果表明：在微波辐射条件下仅用 5 min 就可以达到索氏萃取 7 h 左右的萃取率；萃取物主要由芳烃和脂肪烃组成，芳烃在萃取物整体中占优势。 关键词：煤；萃取；微波；GC/MS
煤中的小分子一般是指分子量小于500的分散于煤的大分子主体结构中的有机化合物[1-2]。考察其组成、结构、含量及其与其它成分的结合方式等对煤的有效转化利用具有重要的意义。
溶剂萃取是分离煤中小分子化合物的常用方法。但用常规的方法萃取煤耗费的时间太长，其应用受到限制。由于微波萃取法具有诸如瞬间产生高温、萃取时间短、加热均匀和具有选择性等优点，应用范围从环境分析一直扩展到食品、化工和农业等领域，但是鲜见用该方法萃取煤的报道。
本研究以CS 2作为萃取溶剂，在微波辐射下对兖州煤进行了萃取，通过GC/MS 分析，考察了萃取物的组成结构。
1 实验部分
1.1 仪器与试剂 所用仪器设备包括Start φrius BP 110S 型精密电子分析天平、松下 NN-S570MFS 型改装的家用变频微波炉、HP 6890/5793 型气相色谱/质谱联用仪（GC/MS ），B üchi R-134 型旋转蒸发器和DZF-3 型真空干燥箱。用作溶剂的二硫化碳（CS 2）为市售分析纯试剂。
1.2 煤样制备 将采自兖州矿区的原煤粉碎至过200目筛，在100 ℃下真空干燥 4 h 后保持真空状态冷却至室温，取出后置于充氮的干燥器内保存备用。该煤样的工业分析和元素分析数据列于表1中。
1.3 溶剂萃取和萃取物的分析 量取15 mL CS 2并称取2 g 煤样置于50 mL 烧瓶中，在微波炉内萃取5 min 后用旋转蒸发仪在常压下蒸除萃取液中的大部分CS 2后，用 GC/MS 分析浓缩液中萃取物的组成，所得结果示于表 2。
表1 兖州煤的工业分析和元素分析
Table 1 Proximate and ultimate analyses of Yanzhou coal
Proximate analysis, W/%
Ultimate analysis, W daf /%
M ad
A d
V daf
C H N
H/C
1.83 13.49 38.72
81.47 5.86 1.25 0.0682
表 2 兖州煤CS 2萃取物的化学组成
Table 2 Chemical constituents of CS 2 extracts from Yanzhou coal
No Compound Relative content, %No
Compound Relative
Content, %
1 2-ethyl-1,4-dimethylbenzene
0.069
34-ethyl-1,2-dimethylbenzene
0.370
2 trans -decalin 0.371 4undecane 0.325
*
国家自然科学基金资助项目(29676045)、国家重点基础研究发展规划项目(973规划)、高等学校博士学科点专项科研基金资助项目和煤炭普通高校跨世纪学术带头人培养计划基金资助项目、黑龙江省科技厅攻关项目(20020109007) _______________________________________________________________________________https://www.wendangku.net/doc/4f434384.html,
No Compound Relative content, %No
Compound Relative
Content, %
5 1-methylindan 0.38752 1,7-dimethylnaphthalene 0.952
6 1-methylbutylbenzene 0.15553 1,2-dimethylnaphthalene 0.414
7 1,1-dimethylindan 0.20854 pentadecane
0.902 8 pulegone
0.19455 1,2-dihydroacenaphthylene 0.939 9 1,2,3,4-tetramethylbenzene 0.05456 1,4,6-trimethylnaphthalene 0.237 10 1,6-dimethylindan 0.02357 2-isopropylnaphthalene 0.367 11 1-methyltetralin 0.39358 1,1,3,3,5-pentamethylindan 1.652 12 2-methyldecane
0.12859 2,3,6-trimethylnaphthalene 0.449 13 2-ethenyl-1,4-dimethylbenzene 0.66060 1,6,7-trimethylnaphthalene 1.338 14 1,6-dimethyldecalin 0.11761 2,3,5- trimethylnaphthalene 1.036 15 1-ethyl-2,4-dimethylbenzene 0.08962 1,4,5-trimethylnaphthalene 0.612 16 spiro[5,6]dodecane 0.02063 methylethylnaphthalene 1.921 17 dodecane 0.36264 hexadecane
0.888 18 1,3-dimethylindan 0.06765 2,4,6-trimethylazulene 0.991 19 cyclopentylcyclohexane 0.1452-methylbiphenyl
1.161
20 naphthalene 1.08666 671-allylnaphthalene 0.743 21 4,7-dimethylindan 0.35468 2,6,10-trimethylpentadecane 1.063 22 1-ethyl-4-isopropy l benzene 0.18769 fluoren-9-ol 1.600 23 1,1,5-trimethylinden
0.21170 2-ethylbiphenyl
1.295 24 1,8-dimethyltetralin
0.22471 1,1'-propylidenebisbenzene 0.777 25 trans-10-methyl-4-ketoperhydroazulene
0.136
72 7-ethyl-1,4-dimethylazulene 0.968 26 cis,cis -1,10-dimethylspiro[4,5]decane 0.189
73 2,6,10,14-tetramethylpentadecane 4.600 27
1-(1-methylethenyl)-3-isopropyl
benzene
0.13274 eudalene
0.548 28 1,1,3-trimethylindane 0.26275 1,2,3,4-tetramethylnaphthalene 0.461 29 2-methyldodecane 0.32776 1-methylfluorene 1.008 30 4,6-dimethyldodecane
0.59577 4,4'-dimethyl-1,1'-biphenyl 0.879 31 2-butyl-1,3,3-trimethylcyclohexene 0.30978 4'-phenylacetophenone
0.171 32 1,2-dimethylindan 0.14679 1,1'-methylenebis4-methylbenzene 0.842 33 1,1,6,-trimethytetralin 0.31280 1,1'-ethylidenebisbenzene 0.171 34 tyridecane
0.37581 octadecane
0.552 35 1,1,4,5-tetramethylindane 0.03782 2,6-dimethyloctadecane
0.842 36 1,5-dimethyltetralin 0.12083 2,2'-dimethyldiphenylmethane 0.240 37 1-methylnaphthalene 1.83384 phenanthrene 2.697 38 2-methylnaphthalene 2.20985 anthracene
0.233 39 1,6,8-trimethyltetralin 0.11686 6-methoxy-2-(1-buten-3-yl)naphthalene 0.173
40 2-methyltridecane 0.38787 1-methoxy-4-(2-phenylethenyl)benzene 0.257 41 2,6,10-trimethyldodecane 1.16388 2,2-diphenylpropane
0.269
42 1,1,4,6-tetramethylindan 0.25489 4-acetylphenylphenylmethane 1.109
43 tetradecane 0.79490
cis -4b,5,9b,10-tetrahydroindeno[2,1-a]
indene
0.303 44 1,4-dimethyltetralin 0.19991 (Z)-1,1-diphenyl-1,3-pentadiene 1.836 45 2-ethylnaphthalene 0.28992 4-isopropyl-1,1'-biphenyl 0.023 46 1-ethylnaphthalene 0.23593 2-methylphenanthrene 0.550 47 2,6-dimethylnaphthalene 1.06894 1-methylphenanthrene 0.948 48 1-cyclohexyl-3-methybenzene 0.18895 9-methylphenanthrene 1.073 49 1,8-dimethylnaphthalene 1.84696 2-methylanthracene 2.534 50 2,6-dimethylnaphthalene 0.58697 9-methylanthracene
0.302 51 4-methyltridecane 1.305
98 1-(4-methylphenyl)-4-phenylbuta-1,3-diene
0.242
No Compound Relative
Content,
%
No Compound
Relative
Content,%
99 eicosane 1.2751191-methylpyrene 0.559
100 3-benzyl-1,2-dihydronaphthalene 0.611120benzo[a]fluorine 0.791
101 4,5-dimethylphenanthrene 0.357121tricosane 2.201
102 3,5,3',5'-tetramethylbiphenyl 0.2281222-methylfluoranthene 0.333
103 9,10-dimethylphenanthrene 0.1541234b,5,6,12-tetrahydrochrysene 0.396
104 2,5-dimethylphenanthrene 0.296124o-terphenyl 1.013
105 3,6-dimethylphenanthrene 1.424125tetracosane 1.940
106 2,7-dimethylphenanthrene 0.6431261,3-dimethylpyrene 0.226
107 2,3-dimethylphenanthrene 0.5131271,9-dimethylpyrene 1.164
108 1,4-dimethylanthracene 0.067128pentacosane 2.181
109 2-ethylanthracene 0.090129chrysene 0.597 110 heneicosane 0.583130benz[a]anthracene 0.343
111 pyrene 1.274131hexacosane 2.608 112 fluoranthene 0.2431323-methylchrysene 0.268
113 9-ethenylanthracene 0.3351331-methylchrysene 0.163
114 benzo[b]naphtho[2,3-d]furan 0.574134heptacosane 1.580 115 docosane 1.292 135octacosane 0.779
116 benzo[b]fluorene 1.196 136nonacosane 1.446
117 2,3,5-trimethylphenanthrene 0.092 137triacontane 0.700
118 2-methylpyrene 0.769 13828-nor-17.β.(H)-hopane0.715
2 结果与讨论
2.1 萃取率
在微波辐射条件下，5 min的萃取率就达到1.2 %，相当于常规的索氏萃取7 h的萃取率。究其
原因是传统热萃取是以热传导、热辐射等方式由外向里进行[4]，能量先是无规则地传给萃取剂，再
由萃取剂扩散进基体物质，然后从基体中溶解或夹带出多种成分[5]，因此传统萃取所耗费的时间较
长。而微波萃取是通过偶极子旋转和离子传导方式里外加热[4]，并且微波具有穿透力，可直接与样
品中的物质分子作用，被微波作用的分子可很快与整个样品分离，从而使萃取速度加快[6]。
2.2 萃取物的分析
表２列出了兖州煤CS2萃取物的化合物组成及它们的归一化相对含量。主要由脂肪烃、芳烃和
少量的含氧化合物组成。
2.2.1 脂肪烃
在兖州煤的CS2的萃取物中检测出的脂肪烃主要由C11~C30的正构烷烃组成，但未出现正十七烷
和正十九烷，正构烷烃以C23、C25、C26为主峰碳数，此外还含有C11~C18、C18~C20异构烷烃，其中
有姥鲛烷（2,6,10,14-四甲基十五烷）和法呢烷（2,6,10-三甲基十二烷），且姥鲛烷的丰度很高。检测
出的异构烷烃被认为要来源于向等植物和细菌蜡[3]。在兖州煤的CS2的萃取物中还检测出一种三萜
类化合物即17β(Η)藿烷。
2.2.2 芳烃
由表2可以看出，芳香族组分中共鉴定出90余种1~4环的各类芳烃及其烷基取代物，包括苯、
联苯、萘、芴、菲、蒽、芘、茚满等及其烷基取代物。总体上以萘系、菲系、蒽系、芘系的烷基取
代物为主要成分，其中以萘系物的数量居多，而在烷基取代萘中，一甲基萘、二甲基萘和三甲基萘
的丰度较高。
2.2.3 含杂原子化合物
在兖州煤的CS2的萃取物中只存在少量含氧元素的化合物，包括酮类、醇类、乙酰基取代物和甲氧基取代物，其中主要是醇类和乙酰基取代物。此外还检测出了长叶薄荷酮。
2.4 结论
可以看出，在微波条件下，用CS2作为萃取溶剂，在较低功率、很短的时间内就能达到较高的萃取率。GC/MS分析表明，兖州煤中CS2可萃取的小分子化合物主要包括芳香族化合物、脂肪族化合物以及少量的含氧化合物，并以1~4环的芳香族化合物为主，这为研究煤的结构和直接获取煤中的烷基芳烃提供了理论基础。
参考文献：
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GC/MS ANALYSIS OF CS2 –EXTRACTS FROM YANZHOU COAL UNDER MICROWA VE IRRADIATION
Ju Caixia, Wang Fenjun, Jiang Faqin, Zong Zhimin, Wei Xianyong
(School of Engineering and Technology China University of Mining of Technology, Xuzhou 221008, Chian) Abstract: Yanzhou coal was extracted with CS2 under microwave. The CS2 -soluble fractions from Yanzhou coal were analyzed by GC/MS. The result showed that the extraction yield arrived at 1.5% in five minutes under microwave, which was as high as that in a soxhlet extractor in seven hours. The CS2-soluble compounds detected by GC/MS were mainly aromatic and aliphatic hydrocarbons as well as a small quantity of oxygen-containing compounds. Aromatic compounds are main components among extracts. Key words: coal; extraction; microwave; GC/MS
作者简介：
鞠彩霞(1976-)，女, 硕士，中国矿业大学化工学院，主要从事煤的微波萃取方面的研究
电话：0516-*******
E-mail: jucaixia760282@https://www.wendangku.net/doc/4f434384.html,