煤焦油正庚烷不溶物的分阶段分离

基于SARAlyzer的煤焦油正庚烷不溶物的分阶段分离

摘要：

本应用文献使用SARAlyzer Elite系统，实现了对煤焦油中，正庚烷不溶物的分阶段分离。单独获得了γ树脂、β树脂和喹啉不溶物组分，并对其百分含量进行了重量法测定。

以上工作为SH/T 0509-2010（基于ASTM D4124）方法，在煤焦油上的适用性扩展，进行了必要的方案设计。

1. 简介

针状焦是呈纤维状结构的焦炭，具有高强度、高导电性等性能，是近年来炙手可热的新材料，被广泛应用于冶金、电池等行业。高质量的针状焦，可以做为动力电池的负极材料，有很高的产品附加值。

针状焦主要分类为渣油为原料的油系针状焦和煤焦油为原料的煤系针状焦。原料成分对产品形态和质量有决定性影响。因为原料来源相对分散，而且炼焦的生产也非连续生产，故此每批次对原料的表征，成为工艺中的重要环节。

一般认为，高芳香分是针状焦原料的关键，尤其以线性的 3、4环短侧链芳烃含量在40%~50%为宜。这样在碳化时芳烃分子在相互缩合形成更大平面芳烃分子的同时，通过大π键电子云相互叠合形成比较完整的类石墨结构晶格。同时，原料中饱和分比例需要适当控制，以防止反应过程中形成过多反应中心，使得中间相球晶生成之后来不及充分长大。而情况下需要压低沥青质、胶质含量。

目前，油浆、渣油等油系针状焦原料的表征，有标准的SH/T 0509-2010做为指导。但该方法不能完全移植到煤焦油在原料质量控制中。因为四组分标准中，沥青定义为正庚烷不溶，甲苯可溶物（TS），这对应了煤焦油中，分子量200~1000的γ树脂成分。而甲苯不溶/喹啉可溶的β树脂（TI/QS）和剩余包含了α树脂、无定形碳和灰分的喹啉不溶物（QI），在石化的0509方法中无法单独分析。

本应用文献，使用SARAlyzer Elite四组分分析仪预留的第四溶剂位，使用喹啉对沥青成分进行了进一步的淋洗，以获得上述组分的完全分离和单独定量。

2. 实验部分

装置与试剂

本实验中，标准和优化的自动方法，在橙达SARAlyzer-Elite重油四组分测定仪上进行。耗材使用标准四组分专用耗材套装（订货号SARA-2900），因为样品的特殊性质，优化方法需要使用更多容器进行接收，因此额外消耗部分铝箔容器（订货号SARA-2004）。橙达Tangram-PRI软件用于SARAlyzer-Elite仪器的控制。

容器的初始重量和最终重量，均使用最小分度0.1mg的分析天平进行测量。

试剂使用的正庚烷、甲苯、95%乙醇和喹啉均为分析纯。

前处理和分离条件

基于SARAlyzer的自动方法，标准和煤焦油样品专用方法，前处理流程请参见表1，洗脱流程参见表2。

表1
样品前处理条件

表2
样品洗脱条件

注1：因喹啉沸点较高，喹啉洗脱物的收集容器建议单独取出，在100~110℃真空烘箱内干燥后称重。在110℃加热板上静置过夜后称重亦可。

额外地，为了单独测定喹啉不溶物，我们单独建立了的测定方法。测定时系统不安装色谱柱，所有流分用甲苯-喹啉直接冲洗到接收杯中。蒸干测定所有可溶物含量后，使用100%-总可溶物%，即可得到喹啉不溶物的重量百分比。具体条件如下：

表3
喹啉不溶物测定样品前处理条件

表4
喹啉不溶物洗脱条件

结果与讨论

对原料样品I/II，；测量结果如下表（N=4）。其中，QI的测量使用单独的喹啉不溶物方法测量。

表5
原料样品I、II，测定结果及重现性

从结果可见，基于SARAlyzer的0509方法，增加第四溶剂喹啉，可实现煤焦油的正庚烷不溶物中，甲苯可溶物、喹啉可溶物和喹啉不溶物的分离与单独测量，为煤系针状焦的原料质量控制，提供了有别于油系针状焦原料质控的专属性方案。

参考文献：

NB/SH/T 0509-2010 石油沥青四组分测定法