Abstrakt

Chemische Charakterisierung von Gilsonitbitumen

Nader Nciri, Suil Song, Namho Kim und Namjun Cho*

Diese Forschung bietet neue Einblicke in die chemische Zusammensetzung von Gilsonit, um dessen Eigenschaften festzustellen, die bei der Raffination und Verarbeitung dieses natürlichen Rohstoffs hilfreich sein können. Gilsonit, natürlich vorkommendes Asphaltitbitumen, besteht aus einer komplexen Mischung organischer Verbindungen. Es wurde im Uinta-Becken in der Nähe der Stadt Bonanza in Utah gesammelt. Ziel dieser Arbeit ist es, ein vollständigeres Bild der Molekularstruktur von Gilsonit zu erhalten, das in der Brennstoffverarbeitungsindustrie von großer Bedeutung ist, und die Ergebnisse verschiedener Techniken abzugleichen und zu interpretieren. Das Gilsonit wurde mittels Elementaranalyse (EA) charakterisiert, um die Konzentrationen von C, H, N, S und O zu bestimmen, mittels Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie (FTIR) zur vergleichenden Analyse der chemischen Strukturen, mittels Kernspinresonanzspektroskopie von Wasserstoff (1H-NMR), um die aliphatischen und aromatischen Wasserstoffanteile festzustellen, und mittels Dünnschichtchromatographie-Flammenionisationsdetektion (Iatroscan TLC-FID), um gesättigte und aromatische Kohlenwasserstoffe und Harz-/Asphaltenanteile zu quantifizieren. Die Ergebnisse wurden in Kombination mit den verfügbaren geologischen Daten und einigen Bitumen ausgewertet, um mögliche Mechanismen der Gilsonitbildung chemisch zu bewerten. Ein niedriges Wasserstoff-Kohlenstoff-Atomverhältnis (1,44), niedriger Schwefel- (0,27 Gew. %) und hoher Stickstoffgehalt (3,25 Gew. %) waren die Hauptmerkmale des Gilsonits aus dem Uinta-Becken. FTIR zeigte das Vorhandensein von Alkanen, aromatischen Ringen, Phenylringen, Alkoholen, Carbonylgruppen, organischen Sulfoxiden und Sulfatsalzen und bestätigte damit die Tatsache, dass Gilsonit aus polyzyklischen Bestandteilen mit hohem Molekulargewicht besteht, die aus Stickstoff-, Schwefel- und Sauerstoff-Heteroatomen bestehen. Ebenso bewies FTIR, dass Gilsonit Fingerabdrücke von Tonmineralien enthält. Iatroscan-Daten zeigten interessanterweise, dass Gilsonit eine beträchtliche Menge Asphaltene (79,7 Gew. %) und keine Aromaten (0 Gew. %) enthält. Die Ausbeute an gesättigten Verbindungen und Harzen beträgt lediglich 1,6 Gew.-% bzw. 18,7 Gew.-%. Darüber hinaus wurde mit der SARA-Methode ermittelt, dass Gilsonit äußerst instabil ist (Kolloidaler Instabilitätsindex, CII = 4,34). Protonen-NMR-Messungen ergaben, dass der aliphatische Wasserstoffanteil etwa 95,38 % und der aromatische Wasserstoffanteil etwa 4,62 % beträgt.

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