ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Физические и физико-химические методы исследования из "Теоретические основы технологии горючих ископаемых" Начальным этапом исследований сложных химических веществ, к которым относятся и горючие ископаемые ГИ), является разделение их на группы соединений, близких по одному или нескольким признакам. Методы разделения, основанные на разной реакционной способности соединений (или групп соединений), называются химическими. С их помощью выделяют из ТГИ гуминовые кислоты, из нефтей — нафтеновые, из газов — сероводород. Физические методы разделения основаны на разных плотностях (расслоение), смачиваемости поверхности (флотация), температурах кипения и летучести (перегонка, ректификация), адсорбция на твердой поверхности, температурах кристаллизации, диффузии через пористые перегородки и другие. Применяют также комбинированные методы или основанные на других принципах. [c.77] Широко распространенным методом разделения ТГИ на составные части является метод экстракции органическими растворителями. Так определяют, например, выход биту /юв при температурах ниже точки кипения растворителя (экстрактор Сокслета) или при температуре кипения растворителя в экстракторе Грефе. В качестве растворителей применяют бензол, этиловый спирт, бензин, пиридин и другие органические жидкости. [c.77] Для селективной очистки нефтяных масел от полициклических аренов и гетероциклических соединений применяют процесс экстракции фенолом и фурфуролом. Из гудрона удаляют смолисто-асфальтеновые вещества при производстве из них остаточных масел. Сернистые и азотистые соединения из нефтяных фракций выделяют экстракцией серной кислотой. Для разделения природного и попутного газов применяют процесс адсорбции неполярными углеводородами. Ацетилен выделяют полярными селективными растворителями, например диметил-формамидом. [c.77] При необходимости получения из нефтей индивидуальных углеводородов с высокой степенью чистоты (96—99 %) данные методы разделения фракций являются непригодными, так как они имеют близкие температуры кипения. Для разделения таких углеводородов требуются методы азеотропнои или экстрактивной ректификации, основанные на увеличении разности в летучести разделяемых углеводородов за счет введения в систему постороннего вещества. [c.78] Дпя выделения из жидких углеводородных систем отдельных классов соединений применяют твердые адсорбенты силикагель, оксид алюминия, активные угли. Широкое распространение получили цеолиты, называемые молекулярными ситами, так как они не способны адсорбировать те молекулы, размер которых больше диаметра пор. Диаметр сквозных пустот цеолитов изменяется от 0,3 до 1/3 нм. Критические диаметры молекул некоторых углеводородов изменяются от 0,40 нм для метана до 0,72 нм для алканов с одной метильной группой. Цеолиты — это алюмосиликаты природные или синтетические, имеющие состав Мвг/п А 20з -хЗ уИ- О, где п — валентность Ме. Катионы в цеолитах могут замещаться другими. Циолиты с внедренными в них ионами /-элементов являются катализаторами. [c.78] Кристаллизацией выделяю, например, парафины из смазочных масел или индивидуальные углеводороды из смесей. [c.78] Диффузионные методы разделения углеводородов основаны на градиенте концентраций компонентов в их смеси, который может быть вызван разностью температур в замкнутом пространстве (термодиффузия). Другие разновидности диффузионных методов основаны на применении пористых мембран. [c.78] Химические методы разделения основаны на разном отношени1 компонентов смеси к действию кислот, щелочей, галогенов, водород и других соединений. [c.78] Хроматография как метод физико-химического разделения компонентов смесей газов или жидкостей осуществляется путем сорбции в динамических условиях. Исследуемую смесь вводят в хроматографическую колонку в виде стеклянной трубки, заполненной адсорбентом. Наибольший успех в применении хроматографии достигнут при анализе газов - природных или искусственных, жидких углеводородов переработки нефти и каменных углей. Уровень техники анализа таков, что вмонтированный в прибор компьютер позволяет определить массовую долю исследуемых компонентов в смеси автоматически. Количественную расшифровку хроматограмм проводят по методу внутренней нормализации с измерением высоты пиков и расстояния максимума пика от момента ввода пробы. [c.79] Хроматография позволила идентифицировать в газообразных или жидких продуктах переработки или экстракции ТГИ широкую гамму различных соединений. На рис. 23 приведена часть хроматограммы углеводородов первичной смолы бурого угля. Расшифровка пиков показала, что в составе углеводородов имеются изопреноиды, такие как пристан и фитин, генетически связанные с соединениями растений, в частности фиталом (см. гл. 2). Более сложными являются методики газохроматического исследования высокомолекулярных соединений, например нефтяных фракций (Гкип 350°С), битумов, каменноугольных смол и пеков, при этом используют насадочные и капиллярные колонки большой длины и диаметром 0,25 мм. [c.79] Метод рентгеноструктурного анализа (РСА1 применяют обычно для исследования кристаллических тел, в том числе и графита. Высокое содержание углерода и тенденция его повышения в ТГИ с ростом степени зрелости до концентраций, соизмеримых с его содержанием в графите, явились предпосылкой применения рентгеноструктурного анализа для изучения химической структуры веществ углей. [c.80] Дпя проведения рентгеноструктурного анализа из угля удаляют минеральную часть путем обработки соляной и плавиковой кислотами. Из деминерализованного угля изготавливают цилиндрические стержни прессованием в стеклянном капилляре диаметром 0,5—0,6 мм. В качестве связующего используют клей БФ-6. [c.80] Считают, что дифрагированный луч возникает лишь в том случае, если система плоскостей ароматических структур веществ углей находится в отражающем положении. При освещении монохроматическим пучком лучей возникают дифрагированные лучи, интенсивность которых измеряется счетчиком. Интенсивности полосы 100 могут служить мерой величины углеродных ароматических сеток, а полосы 002 — их пространственной ориентацией. [c.80] Под термином блоки исследователи понимают такое пространственное расположение атомов углерода в ядерной ароматической части, при котором удовлетворяются условия дифракции и интерференции рентгеновских лучей аналогично кристаллическим структурам. В то же время блоки не являются обособленными частицами углеродистого вещества подобно кристаллам. Теоретики связывают их с надмолекулярными высокоуглеродистыми системами. [c.80] Масй-спектрометрия нашла применение для анализа высокомолекулярных ароматических продуктов жидких топлив и продуктов термической деструкции ТГИ. [c.81] Электронным парамагнитным резонансом называется явление резонансного поглощения энергии переменного электромагнитного поля частицами, обладающими постоянным магнитным моментом. Если поглощение индуцирует переходы между уровнями, обусловленными различной пространственной ориентацией магнитного момента электрона, говорят об электронном парамагнитном резонансе (ЭПР). [c.81] Уравнение (28) показывает, что условие р -зонанса достигается изменением как Н, так v. На практике условие резонанса достигают изменением только величины Н. [c.82] В химии углей широкое применение нашли различные спектральные методы исследования, основанные на взаимодействии вещества с электромагнитным излучением. Каждая молекула обладает набором дискретных квантовых энергетических состояний, которые отличаются энергией электронов, находящихся в электростатическом поле атомных ядер, энергией колебания этих ядер относительно друг друга и энергией вращения всей молекулы. [c.82] Излучение принято характеризовать либо длиной вЬлны, либо вол-нйвым числом р, равным числу длин волн, укладывающихся на единицу длины, которое измеряется в обратных сантиметрах. Электромагнитный спектр излучения разделяется обычно на области ультрафиолетовую 25000 см ), видимую (15000—25000 см ) и инфракрасную (1000—10000 см ). Обычно электронные переходы вызываются ультрафиолетовым (УФ) излучением. [c.82] Инфракрасное (ИК) излучение вызывает переходы между колебательными и вращательными уровнями, поэтому инфракрасные спектры молекул являются результатом энергетических переходов внутри вращательных и колебательных уровней электронного состояния молекул. Каждый колебательный переход фиксируется в виде полосы с максимумом. Двухатомная молекула имеет определенное распределение электрического заряда вдоль связи между атомами. В результате валентного колебания изменяется распределение электрического заряда. Если при этом происходит изменение ее дипольного момента, то колебания молекул приводят к поглощению. Интенсивность И К полос поглощения прямо пропорциональна первой производной дипольного момента по междуядерному расстоянию. Сложная молекула имеет спектр колебания как результирующий всех связей, что затрудняет его интерпретацию. [c.83] Вернуться к основной статье