The Pentane- and Toluene-Soluble Fractions of a Petroleum Residue and three Coal Tars by Size Exclusion Chromatography and UV-Fluorescence Spectroscopy
Les fractions solubles dans le pentane et le toluène d'un résidu pétrolier et de trois échantillons de goudron de charbons par chromatographie d'exclusion stérique et par spectroscopie de fluorescence
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Department of Chemical Engineering, Imperial College London, London SW7 2AZ, UK
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Department of Chemistry, Bristol University, Bristol, BS8 1TS, UK
Corresponding authors: karacaftr@yahoo.com marcos.millan@imperial.ac.uk t.j.morgan@imperial.ac.uk Ian.D.Bull@bristol.ac.uk a.herod@imperial.ac.uk r.kandiyoti@imperial.ac.uk
A petroleum atmospheric pressure distillate residue and three tars derived from different coals using different severities of thermal treatment were separated into seven fractions using column chromatography on silica and sequential elution by the solvent sequence pentane, toluene, acetonitrile, pyridine, 1-methyl-2-pyrrolidinone (NMP) and water. The fractions from the four extractions have been compared using size exclusion chromatography (SEC) in NMP as eluent and by synchronous ultra-violet-fluorescence (UV-F). This paper concerns the pentane and toluene soluble fractions only since these are the least polar fractions. By SEC, the size of the aromatic molecules increased from the first pentane soluble fractions to the toluene-soluble fractions, with the petroleum residue fractions of larger size than the equivalent fractions from coal liquids. The three coal tars showed significant differences, indicating that temperature of pyrolysis had a significant effect on the molecular size. Synchronous UV-F spectra of the four sets of fractions, in solution in NMP, again showed significant differences between the petroleum residue and the coal tars, as well as amongst the three coal tars. In general, the petroleum residue fractions contained smaller aromatic clusters than the coal liquid fractions. These low-polarity fractions contained material excluded from the column porosity in SEC that was unlikely to consist of aggregates of polar molecules.
Résumé
Un résidu pétrolier de distillation atmosphérique ainsi que trois échantillons de goudron issus des pyrolyses de différents charbons sont séparés en sept fractions par chromatographie liquide sur gel de silice. Les solvants utilisés successivement sont : le pentane, le toluène, l'acétonitrile, la pyridine, la 1-methyl-2-pyrrolidinone (NMP) et l'eau permettant l'obtention de 7 fractions. Les fractions obtenues pour chacun des quatre échantillons sont ensuite comparées par chromatographie d'exclusion stérique (SEC) au moyen d'NMP comme éluant, puis par spectroscopie de fluorescence. Cet article traite uniquement le cas des fractions solubles dans le pentane et le toluène, car étant les moins polaires. D'après les analyses SEC, la taille des molécules aromatiques entre les premières fractions solubles dans le pentane et celles solubles dans le toluène augmente. Ainsi, les fractions du résidu pétrolier possèdent des molécules de plus grande taille que celles extraites, par le même solvant, pour les différents goudrons. Les trois échantillons de goudrons montrent des différences significatives, indiquant que la température de pyrolyse joue un rôle important sur la taille des molécules. Les résultats de spectroscopie, en solution NMP, montrent également de grandes différences entre le résidu pétrolier et les trois goudrons, de même que ces trois derniers sont différents entre eux. En général, les fractions du résidu pétrolier contiennent de plus petits groupes aromatiques que les fractions liquides issues du charbon. Ces fractions de faible polarité, contenant des éléments exclus par la colonne chromatographique, ont peu de chance d'être des agrégats de molécules polaires.
© IFP, 2007