中国矿业大学赵云鹏教授等制备了NiCu/Al2O3催化剂并用于昭通褐煤温和条件下的热溶转化。NiCu/Al2O3中活性组分以NiCu合金的形式存在，且Ni和Cu之间存在相互作用。催化剂的引入可促进煤有机质中C-O等桥键断裂并抑制可溶有机质碎片的交联反应，从而显著提高可溶物中油、沥青烯和前沥青烯收率，320℃时可溶物收率达到50.54%。催化热溶可在相对温和的条件下从煤中直接高收率获取可溶有机质，研究结果为开发褐煤直接获取化学品技术提供了参考。
昭通褐煤催化热溶解聚及其可溶物组成和结构特征
赵云鹏1,2，吴法鹏1，仇乐乐1，肖剑1,2，曹景沛1,2，魏贤勇1,2
1.中国矿业大学，煤炭加工与高效利用教育部重点实验室
2.中国矿业大学，江苏省碳资源精细化利用工程研究中心
制备了对昭通褐煤有机质中C-O桥键具有高活性的NiCu/Al2O3催化剂，在相对温和的条件下实现昭通褐煤中有机质的溶出，提高了油、沥青烯和前沥青烯的收率，并利用FTIR、GC/MS和MALDI-TOF-MS深入分析了可溶物组成和结构特征，阐释了催化剂的构效关系。
研究背景
褐煤资源储量丰富、价格低廉，且具有较高的热化学反应性，是生产燃料和化学品的潜在原料。热溶是从褐煤中获取可溶有机质的有效途径，然而褐煤解离的有机质碎片易聚合导致可溶物收率低。在热溶过程中加入催化剂，促进分子量大的有机质进一步解离的同时抑制有机质碎片的缩聚有望提高可溶物收率。
研究内容
制备了一系列Al2O3负载非贵金属催化剂，分析了催化剂的物理化学特征，探究了催化热溶活性氢来源。考察了昭通褐煤在异丙醇中的热溶和催化热溶行为，研究了反应温度和时间对可溶物的影响，分析了热溶和催化热溶可溶物组成结构特征的差异。
研究结论
1）NiCu/Al2O3相比其它催化剂表现出更好的催化热溶性能，Ni与Cu以NiCu合金的形式存在。NiCu合金中Cu的存在可以降低Ni的还原温度，而引入Ni可以提高Cu的分散度；同时，Ni与Cu之间存在相互作用，电子由Cu向Ni迁移。
2）昭通褐煤热溶和催化热溶可溶物收率均随热溶温度增加呈先升高后下降趋势，催化热溶可溶物收率明显高于非催化热溶，320 ℃时催化热溶可溶物收率达到最大值50.54%。添加催化剂对油、沥青烯和前沥青烯收率均有所提高，其中油和前沥青烯提升幅度较大，表明催化剂可以有效抑制有机质碎片的聚合并促进小分子化合物的生成。
3）热溶物中油、沥青烯和前沥青烯的分析表明，催化剂一方面促进了油中酚类化合物加氢转化，从而抑制酚羟基氢键缔合作用导致的交联反应；另一方面，催化剂能有效催化煤可溶有机质碎片中的桥键，促进褐煤有机质解聚溶出的同时及减少有机质碎片的缩聚。
图7 温度对昭通褐煤催化热溶可溶物收率的影响
图8 热溶和催化热溶所得可溶物的组成及油的族组分分布
引用格式：
赵云鹏,吴法鹏,仇乐乐,等.昭通褐煤催化热溶解聚及其可溶物组成和结构特征[J].洁净煤技术,2024,30(1):10-21.
ZHAO Yunpeng,WU Fapeng,QIU Lele,et al.Catalytic thermal dissolution of Zhaotong lignite and composition and structural characterization of its soluble portions[J].Clean Coal Technology,2024,30(1):10-21.
作者简介
赵云鹏，男，中国矿业大学教授，博士生导师，中国化工学会工程热化学委员会委员，《洁净煤技术》青年编委。主持国家自然科学基金项目4项，参与多项国家自然科学基金重点项目和重大研发计划项目，第一作者或通讯作者发表学术论文40多篇，出版专著和教材各1部，获中国石油和化学工业联合会科技进步二等奖和三等奖各1项、江苏省科学技术奖三等奖1项。
