一种在室温下从沥青中分离提取沥青质的简易方法

1.本公开涉及石油沥青技术领域，具体提供一种在室温下利用沥青各组分在不同溶剂中溶解性的差异无需加热回流将沥青质从沥青中分离提取的简易方法。


背景技术：

2.这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然构成现有技术。
3.沥青质是沥青的重要组分之一，其含量和结构对沥青的针入度、软化点、延度、高温稳定性、抗车辙性能等物理性质都有很大的影响。一般认为，沥青是以沥青质为核心的胶体或胶团结构。为了分析沥青质的组成和聚集结构、改变沥青中沥青质的含量，需要从沥青中分离提取沥青质。研究沥青质的物理和化学性质，也需要一种快速方便地从沥青中提取沥青质的方法。制备和研究高分子改性沥青时，也需要获取沥青质甚至采用化学手段对沥青质进行化学改性。因此，开发一种在室温下从沥青中分离提取沥青质的简易方法很有必要。
4.沥青质是一种由多种复杂高分子碳氢化合物及其非金属衍生物组成的复杂混合物。沥青质是根据溶解度和分离程度定义的一类物质，并没有特定的化学方程式可予表述。传统分离方法，如：《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》jtg e20-2011中的t0618“沥青化学组分试验(四组分法)”，需要加热抽提和冷凝回流，不仅过程繁琐耗时，而且需要专业的抽提器和回流装置，时间和经济成本较高；从安全角度考虑，所用正庚烷、甲苯等有机溶剂都是易燃液体，加热回流条件下的操作不慎容易引起正庚烷等易燃溶剂的起火爆炸。
5.本专利采用简便且经济的室温分离方法，无需加热即可从沥青中分离提取沥青质。该方法为改变沥青中沥青质的含量，以及对沥青质进行物理化学性质的分析、甚至对沥青质进行化学改性等研究提供了方便。核心技术是采用沥青质的不同组分在不同溶剂中溶解性能的差异进行“溶解-析出”的物理分离。借助于不同溶剂沸点的差异可以对所用溶剂进行回收循环使用，从而适合工业级大规模提取制备沥青质，降低了沥青质的生产和获取成本。
6.技术方案是首先将沥青溶解于良溶剂中得到均一的溶液，然后倒入沥青质的不良溶剂中，让沥青质析出沉淀而非沥青质继续溶解在溶液中，然后通过过滤进行分离得到沥青质。


技术实现要素：

7.针对现有技术中需要专业的提取装置，耗时耗能，经济成本高，以及加热和高温易燃蒸汽带来的安全风险问题。
8.本公开的一个或一些实施方式中，提供一种在室温下从沥青中提取沥青质的方法，包括如下步骤：1）将沥青溶解于溶剂得到包含沥青质的溶液，过滤除去无机物与残留碳；2）将上述包含沥青质的溶液滴入直链烷烃中，使沥青质析出，得到悬浊液；
3）将上述悬浊液静置后过滤，滤饼经过干燥后得到沥青质固体；其中步骤1）、2）、3）的次序不可替换。
9.上述技术方案中的一个或一些技术方案具有如下优点或有益效果：1）本公开以常用的烷烃和芳烃作为溶剂，利用溶解度的差异，在室温下即可分离提取沥青质，具有省时经济的优点。避免了传统方法需要购置抽提器、回流装置、电热板或电热套等仪器设备的经济成本，以及加热回流过程中的电源消耗等能源成本，而且时间上具有快速的特点，静置时间短，不需要升温和降温过程，相比传统方法至少节约50%的时间。
10.2）本公开通过采用室温分离方法，避免了加热带来的安全隐患，具有安全性更高的优点。由于所用直链烷烃（如：正庚烷）闪点很低，容易燃烧爆炸，加热抽提和回流冷凝一方面需要温度较高的电热板或电热套提供热源，另一方面容器上部空间内的正庚烷等有机溶剂以气态形式存在，温度和压力较高，如果有机蒸汽发生泄露，遇到电热板或电热套容易起火，对实验室和操作人员带来安全隐患。
附图说明
11.构成本公开一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
12.图1为本发明实施例的流程图。所有操作均无需加热或高温条件，在室温下即可进行。
具体实施方式
13.下面将对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本公开的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本公开的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。
14.针对现有技术中沥青质提取需要加热回流操作，存在安全风险，且耗时耗能的问题。
15.本公开的一个或一些实施方式中，提供一种在室温下从沥青中提取沥青质的方法，利用沥青质在不同溶剂中溶解性的差异，选择一种良溶剂溶解得到含有沥青质的溶液，然后滴入不良溶剂中让沥青质析出进行分离。
16.所述良溶剂应当满足的条件为：使沥青质能够完全溶解，而且具有较大的溶解度。
17.优选的，所述良溶剂包括甲苯、二甲苯（二甲苯异构体+乙基苯，以下简称二甲苯）等有机溶剂。可以溶解沥青质的溶剂，比如甲苯、邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯等芳烃，二硫化碳，以及一些含卤素的有机溶剂等。
18.本发明部分实施例中，所述良溶剂为芳烃；进一步优选为甲苯、二甲苯中的至少一种。同时，应当理解的是，为满足后续能够分离沥青质，尽量选取沥青质在其中溶解度较大的溶剂，可以节约溶剂的用量，降低沥青质的获取成本。
19.所述不良溶剂应当满足的条件为：使沥青质在其中溶解度很小，能够完全析出。
20.优选的，所述不良溶剂包括正戊烷、正己烷、正庚烷等直链烷烃。同时，应当理解的是，相比于正戊烷和正己烷，正庚烷沸点更高且更容易回收，在学术界和工业界的研究和应用更多。
本公开一个或一些实施方式中，提供一种在室温下从沥青中提取沥青质的方法，包括如下步骤：1）将沥青溶解于良溶剂得到包含沥青质的溶液，过滤除去无机物与残留碳；2）将上述包含沥青质的溶液滴入不良溶剂中，使沥青质析出，得到悬浊液；3）将上述悬浊液静置后过滤，滤饼经过干燥后得到沥青质固体；其中步骤1）、2）、3）的次序不可替换。
21.本公开部分实施例中主要采用芳烃作为良溶剂，但应当理解的是，只要能充分溶解沥青质并能在不良溶剂中使沥青质析出的各种有机良溶剂，均应当属于本公开保护的范围。
22.优选的，步骤1）中，所述良溶剂为有机溶剂，进一步优选为甲苯和二甲苯中的至少一种。
23.优选的，步骤1）中，所述沥青为基质沥青，也可以是石油、劣质重油、渣油，不含有高分子、温拌剂等改性剂或添加剂，进一步优选为齐鲁70号基质沥青。
24.优选的，步骤2）中，所述不良溶剂为直链烷烃，进一步优选为正戊烷、正己烷、正庚烷中的至少一种。
25.优选的，步骤3）中，静置时间为30 min ~ 24 h，进一步优选为30 min。
26.优选的，步骤3）中，干燥可以采用室温下干燥4 h ~ 24 h，或者室温下真空干燥2 ~ 8 h至恒重，既得，进一步优选为，室温下干燥过夜（约12 h）。
27.本公开部分实施例的过滤操作，采用滤纸进行过滤或抽滤。
28.优选的，在步骤1）中过滤所用滤膜为中速定性滤纸，步骤3）中过滤所用滤膜0.45 um滤膜。
29.本公开部分实施例中操作温度主要采用室温，所述室温一般定义为25摄氏度，但应当理解的是，由于所用溶剂的熔点很低，在室温以上10摄氏度或室温以下30摄氏度范围内仍然可以采用本方法进行沥青质的提取。
30.本公开所述的方法对提取沥青质后的溶液进行旋蒸回收溶剂，并进一步用回收的溶剂进行沥青质的提取，证明溶剂循环使用的可行性。
31.优选的，采用正庚烷和二甲苯的溶剂体系提取沥青质，并用旋蒸仪对二者进行分离，回收率较高；采用分离回收的溶剂进行再次提取，仍能得到较高的沥青质收率。证明所用溶剂可以一定程度上进行循环使用，降低沥青质的提取成本。
32.实施例1：本实施例提供一种在室温下从沥青中提取沥青质的方法，包括如下步骤：将5 g的基质沥青放入200 ml的圆底烧瓶内，倒入45 ml的二甲苯，搅拌30 min后完全溶解。过滤除去无机物与残留碳（滤饼1），用5 ml的二甲苯冲洗，合并滤液1，放置备用。
33.取一500 ml的烧杯，倒入450 ml的正庚烷，加入磁子搅拌。将上述滤液滴入烧杯中。滴完静置30 min后过滤，所得滤饼2用50 ml的正庚烷冲洗，合并滤液2，放置备用。
34.滤饼2室温下干燥8 h至恒重，得到沥青质。称量计算产率（如表1所示，所得沥青质和基质沥青的质量百分比）后，密封保存，进行元素分析和nmr氢谱分析。实验流程如图1所示。
35.滤液2用旋蒸仪进行减压旋蒸，切取30 ~ 45℃馏分得到正庚烷2。继续升温旋蒸，切取60 ~ 80℃馏分得到二甲苯2。分别用量筒量取，计算回收率。
36.采用回收得到的正庚烷2和二甲苯2进行第2次提取沥青质，按照上述操作，计算沥青质2的产率。并再次旋蒸回收正庚烷3和二甲苯3。按照上述操作，采用回收得到的正庚烷3和二甲苯3进行第3次提取沥青质，计算沥青质3的产率。三次回收所得沥青质的产率见表2。
37.实施例2：本实施例提供一种在室温下从沥青中提取沥青质的方法，包括如下步骤：将5 g的基质沥青放入200 ml的圆底烧瓶内，倒入45 ml的甲苯，搅拌30 min后完全溶解。过滤除去无机物与残留碳（滤饼1），用5 ml的甲苯冲洗，合并滤液1，放置备用。
38.取一500 ml的烧杯，倒入450 ml的正庚烷，加入磁子搅拌。将上述滤液滴入烧杯中。滴完静置30 min后过滤，所得滤饼2用50 ml的正庚烷冲洗，合并滤液2，放置备用。
39.滤饼2在室温下真空干燥8 h至恒重，得到沥青质。称量计算产率（如表1所示）后，密封保存。
40.后续的回收溶剂和元素结构表征同实施例1。
41.实施例3：本实施例提供一种在室温下从沥青中提取沥青质的方法，包括如下步骤：将5 g的基质沥青放入200 ml的圆底烧瓶内，倒入45 ml的二甲苯，搅拌30 min后完全溶解。过滤除去无机物与残留碳（滤饼1），用5 ml的二甲苯冲洗，合并滤液1，放置备用。
42.取一500 ml的烧杯，倒入450 ml的正己烷，加入磁子搅拌。将上述滤液滴入烧杯中。滴完静置30 min后过滤，所得滤饼2用50 ml的正己烷冲洗，合并滤液2，放置备用。
43.滤饼2在室温下干燥过夜（12 h）至恒重，得到沥青质。称量计算产率（如表1所示）后，密封保存。
44.后续的回收溶剂和元素结构表征同实施例1。
45.实施例4：本实施例提供一种在室温下从沥青中提取沥青质的方法，包括如下步骤：将5 g的基质沥青放入200 ml的圆底烧瓶内，倒入45 ml的二甲苯，搅拌30 min后完全溶解。过滤除去无机物与残留碳（滤饼1），用5 ml的二甲苯冲洗，合并滤液1，放置备用。
46.取一500 ml的烧杯，倒入450 ml的正戊烷，加入磁子搅拌。将上述滤液滴入烧杯中。滴完静置30 min后过滤，所得滤饼2用50 ml的正戊烷冲洗，合并滤液2，放置备用。
47.滤饼2在室温下真空干燥3 h至恒重，得到沥青质。称量计算产率（如表1所示）后，密封保存。
48.表1实施例序号良溶剂不良溶剂沥青质产率1二甲苯正庚烷13.2%2甲苯正庚烷11.3%3二甲苯正己烷13.7%4二甲苯正戊烷16.8%表2提取次数良溶剂不良溶剂沥青质产率1二甲苯正庚烷13.2%2二甲苯2正庚烷210.8%
3二甲苯3正庚烷38.3%本方法目的是得到沥青质，所以沥青质的产率越高则效果越好。从表1来看，实施例1-4所述的方法所得沥青质均的产率都超过10%，证明这些溶剂的选择和实施方案都是可行的。甲苯为易制毒管制溶剂，与甲苯相比较，二甲苯的产率更高，而且二甲苯具有价廉易得的特点，比较适合作为提取沥青质的良溶剂。
49.从表2来看，所用溶剂可以回收并直接用于沥青质的再次提取，虽然再次提取所得沥青质的产率会出现下降的趋势，但是仍然大于8%，证明采用回收溶剂进行提取的方法是可行的。溶剂的循环利用可以降低沥青质的提取成本，使该方法具有工业化应用的前景。
50.以上所揭露的仅为本公开的优选实施例而已，当然不能以此来限定本公开之权利范围，因此依本公开申请专利范围所作的等同变化，仍属本公开所涵盖的范围。