褐煤高温水萃物生物产气及化学组成变化 论文

褐煤高温水萃物生物产气及化学组成变化的研究，首先聚焦于微生物与煤之间的相互作用。这些相互作用的过程十分复杂，研究者们希望通过对褐煤的特定处理与分析，深入理解煤中有机物在生物产气过程中的作用及其变化规律。在此研究中，褐煤选自河南义马，是一种未完全碳化的煤，其内部含有较为丰富的有机物质，尤其适合用于产气过程的研究。研究者们选取了义马褐煤和实验室中保存的产甲烷菌群作为研究对象。通过模拟生物产气的实验过程，来研究褐煤中的水溶性有机物在生物产气过程中的特征，及其在产气前后化学组成的改变。在实验过程中，研究者们使用去离子水在70℃的条件下萃取褐煤，成功得到水溶性有机物和水萃余煤两种物质。接着，研究者们分别以这两种物质作为底物进行生物产气实验。在产气实验之后，利用甲醇对剩余的煤样进行有机萃取，以便进一步分析。通过采用气相色谱（GC）、高效液相色谱-质谱联用（HPLC-MS）和气相色谱-质谱联用（GC-MS）等技术方法，研究者们分析了产气量的变化情况以及发酵液和煤甲醇萃取物的化学组成。实验结果显示，褐煤原煤、水溶性有机物和水萃余煤的产气量分别达到了0.46mmol/g、0.45mmol/g和0.15mmol/g。研究发现，褐煤中的水溶性有机物在产气初期的化学组成相对复杂，主要集中在200~300道尔顿（Da）的分子量范围内。而在生物产气后，化合物的种类有所减少，分子量也有所下降，主要集中在150~200Da。这说明在生物产气过程中，伴随着某些化合物的分解或是转化。尤为值得注意的是，在产气后的发酵液中检测到了一些具有苯环结构、含氮和氧杂原子的化合物。这表明在生物产气过程中，煤中某些特定的有机化合物可能经过了某种形式的生物转化。而在水萃余煤生物产气后的甲醇萃取物中，研究者们发现了一些水溶性化合物，比如甲酰胺、乙酰胺、亚硫酸二甲酯等。这表明经过生物产气的过程，原本非水溶性的有机物在某些生物作用下转化成了水溶性化合物。此外，实验还表明，在70℃的条件下萃取得到的义马褐煤的水溶性有机质能够被产甲烷微生物利用进行产气。生物产气过程完成后，煤中的非水溶性有机物部分转变成了水溶性有机物。因此，研究结论指出，褐煤中的水溶性有机物在生物产气过程中扮演了重要的角色，为阐明煤生物产气的物质基础提供了实验依据。关键词中的“褐煤”指的是本研究的主要对象，属于煤炭的一种，未完全碳化，含有较多水分与有机质。“萃取”则指的是利用特定溶剂从褐煤中提取出其中的可溶性成分的过程。“水溶性有机物”特指那些可以溶解在水中，可以从固体煤中分离出来的有机物质。“生物产气”指通过微生物的作用将有机物质转化为气体的过程。“高温”则说明了实验过程中萃取和产气过程的温度条件。“河南义马”则是褐煤样本的采集地点。这项研究不仅对煤的生物化学特性进行了详细的分析，还为将来利用煤进行生物产气以及相关煤化工的深度开发提供了重要的科学依据。通过对褐煤中水溶性有机物在生物产气过程中的作用进行研究，将有助于提高煤炭资源的利用效率，促进能源结构的优化和环境保护。同时，该研究对于褐煤的高效利用及煤炭的生物转化过程的认识，也具有重要的理论意义和实践价值。