中溫瀝青超聲萃取物的熱解特性與分子結構間關聯性的FTIR解析

【摘要】：瀝青分子結構和瀝青熱轉化行為的調控是制備高品質瀝青基炭材料的關鍵。為進一步明晰瀝青熱解行為與瀝青分子結構間的關聯性,選用8種有機溶劑對中溫瀝青(AGMP)在常溫下進行超聲萃取處理得到8種萃取物。利用PeakFit v4.12軟件對各種萃取物的紅外光譜吸收峰700～900, 1 000～1 800, 2 800～3 000和3 000～3 100 cm~(-1)四個區域進行了分峰擬合處理,從而獲得了萃取物所含各種官能團的精細結構信息,并引入6種分子結構參數(I_1～I_6),表征萃取物分子結構與熱解活化能的關系。傅里葉變換紅外光譜(FTIR)譜圖分析表明8種萃取物主要是以含氧、含氮等雜原子的脂肪烴側鏈為主的縮合芳香環結構組成的復雜化合物。由于萃取劑結構差異,萃取物中的分子結構參數也略有差異。線性結構萃取劑所得萃取物鏈烴(I_5)含量較高,環結構萃取劑所得萃取物芳環(I_6)取代結構較多。利用熱重分析法(TGA)在不同升溫速率(3, 6, 10, 15 K·min~(-1))下對8種萃取物的熱失重行為進行了研究,在等轉化率不考慮反應機理的情況下,依據Flynn-Wall-Ozawa法和Kissingr-Akahira-Sunose法解析得出8種萃取物的熱解活化能(E_a)。結果表明8種萃取物熱解活化能在78～116 kJ·mol~(-1)之間,其值大小與官能團結構及含量密切相關。將紅外光譜定量分析獲得的萃取物紅外結構參數與熱解活化能進行關聯,通過詳細分析探討不同萃取物結構參數與熱解活化能的一元線性回歸E_a=f(I_i)的分析結果發現,芳香性指數(I_3)和支鏈化程度(I_5)是決定萃取物熱解活化能大小的主要指標,熱解活化能與各單一指標(I_i)擬合結果的正負相關性,表示這一結構從體系中被熱解破壞的難易程度。綜合考慮各紅外結構參數的共同作用,AGMP萃取物熱解活化能與紅外光譜結構指標之間的擬合關系模型為E_a=-4 294.53I_1+73 812.16I_2+207 673.32I_3-20 324.20I_4-168.56I_5+857.86I_6。結合紅外分析得到的這一結果,揭示了更多關于煤瀝青的熱解特性和動力學的細節信息,有助于理解煤瀝青的熱解過程和熱轉化行為。