Введение к работе
Актуальность исследования. Кислород, является одним из важнейших гєтероатомов биологического материала и органической массы ископаемых топлив. Его количество, особенно, в бурых углях и низ-коуглефицированных каменных углях, уступает лишь углероду. Структурные формы и количественное содержание кислорода необходимо учитывать в определении реакционной способности ископаемых топлив в различных процессах переработки, так как она в большой степени определяются его присутствием.
Однако до настоящего времени крайне ограничены сведения о структуре кислородсодержащих фрагментов органической массы углей (ОМУ), количественном соотношении различных форм кислорода, характере преобразования кислородсодержащих соединений в ходе термодеструкции, а также их взаимосвязи со структурой данных компонентов исходного биологического материала. Все перечисленное выше указывает на актуальность и необходимость проведения работ по изучению особенностей химического состава как органической массы различных ископаемых топлив в целом, так и нейтральных кислородсодержащих соединений (НКС), в частности.
Исследования являлись составной частью НИР, проводимых в Тулгоспедуниверситете им. Л.Н.Толстого с 1972 г. в соответствии с заданиями АН СССР и корреспондировались с постановлением ГКНТ СССР от 27.02.89 г. № 101 , о Государственной научно-технической программе "Экологически чистая энергетика", проект "Синтетическое жидкое топливо", а также с приказом ГК РСФСР по делам науки и высшей школы от 12.08.91 г. № 716 о Республиканской научно-технической программе "Наукоемкие химические технологии"; программой правительства РФ " Оздоровление экологической обстановки и охраны здоровья населения России" на 1993-2000 г. г. Кроме того, выполнение данных работ включено в программы Российского фонда фундаментальных исследований "Университеты России".
Цели и задачи исследования: детальное изучение химического состава НКС смолы полукоксования каменного угля КЖ14 Кузнецкого бассейна; разработка схемы их разделения на узкие фракции и даже индивидуальные компоненты с последующим исследованием широким набором современных физико-химических методов анализа; выведение молекулярных и гипотетических структурных формул НКС; развитие
- і -
представлений о характере распределения кислорода в фрагментах ОМУ, выявление их генетической связи с исходным биологическим материалом; изучение процесса гомогенного пиролиза НКС; определении областей рационального использования как исходных НКС, так и различных продуктов их пиролиза.
Для решения поставленных задач потребовалось: обобщить известные литературные сведения о химическом составе и структуре кислородных соединений растительного и животного материала, органической массы ископаемых топлив; методах извлечения и последующего исследования НКС. Комплексом современных физико-химических методов анализа подробно охарактеризовать молекулярную структуру НКС смолы полукоксования каменного угля КЖ14 Кузнецкого бассейна; разработать схему, включающую экстракцию растворителями различной полярности, адсорбционную жидкостную и препаративную тонкослойную хроматографию, позволяющую разделить исходные НКС на большое число узких фракций и даже индивидуальные компоненты; провести препаративную наработку кислородных соединений, для которых вывести молекулярные и гипотетические структурные формулы; выявить аналогии структур каменноугольных НКС со структурами соединений биологического материала; изучить процесс гомогенного пиролиза НКС, групповой состав образующихся жидких продуктов, а также качественный и структурно-групповой состав отдельных групп соединений последних; определить основные направления термодеструкции каменноугольных НКС и области эффективного использования как исходных НКС, так и продуктов их пиролиза.
.Научная новизна. Комплексом современных физико-химических методов анализа (элементный, эмиссионный спектральный, рентге-но-флуоресцентный, химический групповой, количественный функциональный, структурно-групповой, ИК-, УФ/ВИС, *Н ЯМР-спектроскопия, хромато-масс-спектроскопия, криоскопия, адсорбционная жидкостная, препаративная тонкослойная, капиллярная газожидкостная хроматография, специфические реакции) впервые выполнено подробное комплексное исследование НКС смолы полукоксования каменного угля КЖ14 Кузнецкого бассейна. Разработана схема, включающая экстракцию растворителями различной полярности и адсорбционную жидкостную хроматографию, позволившая разделить исходные НКС на большое число узких фракций и индивидуальных соединений, значительно различающихся значением молекулярной массы, элементным и функциональ-
ным составом, типом и степенью конденсации. Впервые проведена препаративная наработка более 150 практически индивидуальных компонентов HKG, для которых обобщением данных" выше перечисленных методов анализа, выведены молекулярные и гипотетические структурные формулы; выявлена генетическая связь НКС смолы полукоксования со структурами кислородных соединений биологического материала (растительные алкалоиды, красители, ксантоны, флавоноиды, кумари-ны, изокумарины, абиетиновая кислота); изучен гомогенный пиролиз НКС, определены выход, групповой, качественный и структурно-групповой состав различных продуктов пиролиза, основные направления его; даны практические рекомендации по эффективному использованию смолы полукоксования и продуктов их термодеструкции.
Основные положения, выносящиеся на защиту: Новые сведения о химическом составе и структуре НКС смолы полукоксования каменного угля КЖ14 Кузнецкого бассейна; разработанная схема разделения и последующего изучения узких фракций НКС; молекулярные и гипотетические структурные формулы НКС; результаты экспериментального исследования процесса гомогенного пиролиза НКС; рекомендации по практическому использованию НКС смолы полукоксования продуктов гомогенного пиролиза.
Научные и практические рекомендации
-
С привлечением широкого комплекса современных физико-химических методов анализа впервые подробно изучен химический состав и особенности структуры НКС смолы полукоксования каменного угля КЖН Кузнецкого бассейна, что значительно углубило наши представления о составе ОМУ, природе и динамике распределения кислорода, его взаимосвязи со структурой кислородсодержащих соединений исходного биологического материала, путях биогеохимической трансформации последнего.
-
Разработанная схема изучения НКС, включающая экстракцию растворителями различной полярности, адсорбционную жидкостную и препаративную тонкослойную хроматографию может быть рекомендована для подробного исследования химического состава органической массы каустобиолитов, смол их низкотемпературной переработка
-
Результаты работы могут быть включены в учебные программы Высшей школы по геоорганической химии, биохимии, геологии каустобиолитов, химии и технологии твердых горючих ископаемых, аналитической химии.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов (Тулгоспедуниверситет им. Л.Н.Толстого г. Тула, Тульский государственный университет; XII1-ой Международной научно-практической конференции "Реактив-2000", г. Тула (2000 г); Международном экологическом конгрессе г. Санкт-Петербург (2000 г), V-ой Всероссийской научно-практической конференции (с международным участием) по проблемам экологии и безопасности жизнедеятельности, г. Санкт-Петербург (2000 г)).
Публикации. По материалам диссертации опубликована 1 статья и тезисы 2 докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, изложенных на 171 странице, включая 35 рисунков и 13 таблиц, а также перечня использованной литературы из 411 наи-менований на 45 страницах.
