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为推动煤炭清洁高效利用、助力碳中和，研究人员开展山西烟煤（SBC）经过氧化氢水溶液（AHPO）- 乙酸酐（AAH）分步氧化裂解研究。发现分步氧化总产物收率 33.87%，主产物为苯羧酸（59.31%）和链烷二酸（26.90%），该方法为煤炭高值化利用提供新路径。
研究背景与意义
在全球能源转型与 “双碳” 目标的大背景下，煤炭作为传统化石能源，其非燃料化高效利用成为减少碳排放、缓解石油危机的关键方向。烟煤中丰富的缩合芳香环结构使其成为制备芳香族化学品的潜在原料，但传统氧化裂解方法如钌离子催化氧化（RICO）成本高昂，次氯酸钠水溶液（ASHC）氧化易生成氯代副产物，难以分离且污染环境。过氧化氢水溶液（AHPO）虽绿色廉价，但其氧化能力有限，尤其对烟煤中高度缩合的芳香结构降解效率不足。如何在温和条件下实现烟煤大分子网络的高效解聚，同时定向生成高附加值羧酸类化合物，成为煤炭清洁转化领域的核心挑战。
为突破这一瓶颈，河南等地研究机构的科研团队聚焦于开发环境友好的氧化体系，针对山西烟煤（SBC）开展了过氧化氢水溶液 - 乙酸酐（AHPO-AAH）分步氧化裂解研究。该研究成果发表于《Biomass and Bioenergy》，为煤炭基化学品的绿色生产提供了新范式。
关键技术方法
研究采用分步氧化策略，通过优化反应温度（50℃）、时间（48h）、AHPO 体积（90mL）及 AHPO/AAH 体积比（2:1），系统探究 SBC 的氧化裂解行为。主要技术包括：
- 样品预处理：将 SBC 粉碎至 200 目以下（<74μm），真空干燥去除水分；
- 氧化反应体系：以 AHPO-AAH 为氧化剂，乙腈为反应介质，利用原位生成的过氧乙酸增强芳香环降解能力；
- 产物分析：通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、气相色谱 - 质谱（GC-MS）等手段定性定量分析氧化产物组成及结构变化。
研究结果
氧化条件对有机质（OM）转化率的影响
通过单因素实验发现，当 AHPO 体积从 10mL 增至 90mL 时，OM 转化率显著提升，超过 90mL 后因过度氧化生成 CO?导致转化率下降。最优条件下，OM 转化率超过 90%，证实 AHPO-AAH 体系对烟煤大分子的高效解聚能力。
分步氧化的产物分布特征
分步氧化总产物收率达 33.87%，其中第二次氧化产物收率最高（16.40%）。主产物为苯羧酸（BCAs，占 59.31%）和链烷二酸（占 26.90%），表明 SBC 中富含缩合芳香结构和二芳基烷烃单元。此外，还检测到少量链烷酸（9.72%）、链烷三羧酸（0.32%）和芳烃羧酸（3.75%），进一步揭示了煤结构的复杂性。
氧化机理探究
反应过程中生成的羟基自由基（•OH）和过氧羟基自由基（•OOH）是关键活性物种，通过断裂煤大分子中的弱 C-O 桥键和芳香环侧链，促使网络结构解聚为可溶性羧酸。乙酸酐不仅作为过氧乙酸的前体，其有机介质环境还改善了煤与氧化剂的接触效率，避免了传统水相体系中传质受限的问题。
研究结论与讨论
本研究开发的 AHPO-AAH 分步氧化法为烟煤的温和转化提供了绿色高效路径。与传统方法相比，该体系无需贵金属催化剂，避免了卤代副产物生成，且通过分步氧化策略减少了过度氧化导致的碳损失，显著提升了羧酸类产物的选择性。实验还通过亚硫酸钠（Na?SO?）去除未反应氧化剂、减压蒸馏抑制废水生成，进一步强化了工艺的环境友好性。
研究结果不仅揭示了山西烟煤的结构特征（以缩合芳香环和二芳基烷烃为主），更证明了煤炭作为芳香化学品原料的可行性。所生成的苯羧酸（如邻苯二甲酸）和链烷二酸（如琥珀酸）是合成高分子材料、医药中间体的重要原料，为煤炭从燃料向化工原料的转型提供了技术支撑，对推动 “双碳” 目标下的煤炭高值化利用具有重要战略意义。未来可进一步优化工艺参数，探索放大生产的可行性，加速该技术的工业化进程。
