塔河沥青质亚组分分离及表征

doi:10.3969/j.issn.1006-396X.2022.01.003

摘要/Abstract

摘要：

采用甲苯?正庚烷法将塔河沥青质（T_A）分离成重组分（T_A1）和轻组分（T_A2），使用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱法（FT?IR）和核磁共振氢谱（¹H?NMR）等方法对T_A、T_A1和T_A2进行表征，分析其表面形态、晶体结构和官能团结构等组成和结构信息。结果表明，T_A具有较少的长链结构，侧链中支链化程度较高，并以甲基、乙基、丙基短支链烷基结构为主。T_A经分离后得到的亚组分T_A1、T_A2在微观结构上存在明显差异，T_A1石墨化程度最高，支链最长，芳环侧链较多，烷基侧链支化程度较差，芳香性相对较强；T_A2石墨化程度较差，烷基侧链支化程度较高，芳环侧链较少，芳香性相对较弱。

关键词: 沥青质, 分离, 组成, 结构

Abstract:

Tahe asphaltene (T_A) was separated into heavy component(T_A1) and light component (T_A2). The surface morphology, crystal structure and functional group structure of T_A, T_A1 and T_A2 were characterized by Scanning Electron Microscope (SEM), X?ray diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT?IR) and ¹H?Nuclear Magnetic Resonance Spectrum (¹H?NMR). The results show that TA has less long?chain structure, more branched chains in side chains, and is mainly composed of short branched alkyl structure such as methyl, ethyl and propyl. Sub?components T_A1 and T_A2 show obviously different microstructure after separated from T_A. TA1 has the highest degree of graphitization, the longest branched chain, more side?chains of aromatic ring, less branched chains of alkyl side?chains and relatively strong aromaticity, while T_A2 has lower degree of graphitization, more branched chains of alkyl side?chains, less side?chains of aromatic ring and relatively weak aromaticity.

Key words: Asphaltene, Separation, Composition, Structure

中图分类号:

TE65

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图/表 10

表1 塔河沥青质分离后组分占比

Table1 The fraction of Tahe asphaltene after separation

组分	m/g	w/%
T_A1	3.26	83.80
T_A2	0.63	16.20

图1 TA、TA1、TA2扫描电镜图

Fig.1 Scanning electron microscopy of TA,TA1,TA2

图2 TA、TA1、TA2 XRD图谱

Fig.2 XRD spectrum of TA,TA1,TA2

表2 TA、TA1、TA2结构参数

Table 2 The structural parameters of TA,TA1,TA2

样品	d_m/nm	d_γ/nm	L_a/nm	L_c/nm	M
T_A	3.484	4.629	10	27	8.750
T_A1	3.468	4.744	7	20	6.766
T_A2	3.551	4.519	8	23	7.477

图3 TA、TA1、TA2红外吸收光谱

Fig.3 Infrared absorption spectrogram of TA,TA1,TA2

表3 不同波数代表的官能团结构

Table 3 Functional group structure represented by different wave numbers

波数/cm^-1	官能团结构
1 700	C=O的拉伸
1 600	芳香环中C=C的拉伸
1 460	CH₂中C-H的对称弯曲，CH₃中C-H的不对称弯曲，芳香环中C=C的不对称拉伸
1 376	CH₃中C-H的对称弯曲
1 030	亚砜中S＝O的拉伸
864	芳香族化合物中C-H的平面外弯曲
814	芳香族化合物中C-H的平面外弯曲
743	芳香族化合物中C-H的平面外弯曲
724	芳香族化合物中C-H的平面外弯曲和CH₂中C-H的弯曲
2 953	CH₃中C-H的不对称拉伸和烷烃中C-H的不对称拉伸
2 923	CH₂中C-H的不对称拉伸
2 862	CH₃中C-H的对称拉伸和CH₂中C-H的不对称拉伸

表4 各项指数计算公式

Table 4 Formulas for calculating each index

结构指数	计算公式
芳香性指数	$I A r = A 1 600 ∑ A$
脂肪族指数	$I A l = A 1 460 + A 1 376 ∑ A$
支链指数	$I B = A 1 376 A 1 460 + A 1 376$
长链指数	$I L c = A 724 A 1 460 + A 1 376$
亚砜指数	$I S = O = A 1 030 ∑ A$
甲基和亚甲基氢碳比	$M M H C = A 1 380 5 + A 2 920 7 A 1 380 15 + A 2 920 14$

表4 各项指数计算公式

Table 4 Formulas for calculating each index

结构指数	计算公式
芳香性指数	$I A r = A 1 600 ∑ A$
脂肪族指数	$I A l = A 1 460 + A 1 376 ∑ A$
支链指数	$I B = A 1 376 A 1 460 + A 1 376$
长链指数	$I L c = A 724 A 1 460 + A 1 376$
亚砜指数	$I S = O = A 1 030 ∑ A$
甲基和亚甲基氢碳比	$M M H C = A 1 380 5 + A 2 920 7 A 1 380 15 + A 2 920 14$

表5 TA、TA1、TA2各项结构指数

Table 5 The structural indices of TA,TA1,TA2

样品	I_Ar	I_Al	I_B	I_Lc	I_S=O	MMHC
T_A	0.314 4	0.299 5	0.135 4	0.013 3	0.020 7	2.255 7
T_A1	0.330 1	0.244 6	0.121 3	0.071 9	0.033 3	2.202 2
T_A2	0.208 3	0.326 8	0.160 5	0.011 5	0.026 8	2.265 2

表6 TA、TA1、TA2核磁共振氢谱的归属

Table 6 1H?NMR hydrogen spectrum of TA,TA1,TA2

样品	H_γ	H_β	H_α	n	H_A
T_A	16.430	51.800	20.670	4.301	11.100
T_A1	16.530	51.560	21.170	4.216	10.740
T_A2	16.820	52.180	19.460	4.546	11.540

表7 TA、TA1、TA2的结构参数

Table 7 The structure parameters of TA,TA1,TA2

样品	f_A	σ	H_AU/C_A
T_A	0.579	0.482	0.365
T_A1	0.633	0.496	0.319
T_A2	0.375	0.457	0.646

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