基本信息
- 项目名称：
- 竹材废弃物转化为高附加值化学品——糠醛
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 我省竹类资源在传统制作和工业加工过程中的利用率特别低，有60%以上的竹材成为加工剩余物，竹材生物资源巨大。本实验以竹材废弃物为原料，通过碱性过氧化氢法水解得半纤维素，再以固体超强酸SO42 -/ MxOy为催化剂转化为高附加值化学品——糠醛。考察了不同的固体超强酸SO42 -/ MxOy催化剂的用量、温度、时间等因素对糠醛的收率的影响。
- 详细介绍：
- 我省竹类资源在传统制作和工业加工过程中的利用率特别低.本实验以竹材废弃物为原料，通过碱性过氧化氢法水解得半纤维素，再以固体超强酸为催化剂转化为高附加值化学品——糠醛。考察了不同的固体超强酸催化剂的用量、温度、时间等因素对糠醛的收率的影响。实验结果表明：浓度为1.0 mol/L H2SO4 浸渍过的固体超强酸SO42 -/ TiO2具有很高催化活性, 原料与催化剂的投料质量比为10 : 1，反应温度为140℃，反应时间为 6h，糠醛总收率达到10%左右。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本作品选择江西省丰富的自然资源——竹材为原料，通过绿色环保固体超强酸SO42 -/ MxOy催化剂在比较温和的条件下催化转化为高附加值化学品——糠醛，为实现竹材废弃物转化为高附加值化学品提供理论依据。
科学性、先进性及独特之处
- 石油资源短缺是目前人类面临的巨大挑战，为了维护各自国家经济的可持续发展，需要寻找可再生的资源转化为高附加值化学品。 竹材废弃物数量巨大，竹子中含有大量的半纤维素，充分利用其半纤维素可获得一些高附加值的化学品。本作品采用环保友好型固体超强酸作催化剂，其催化转化为糠醛的显著特点在于催化活性高、反应条件温和制备方便、可以简化分离程序，且糠醛的总收率可达到10%左右。
应用价值和现实意义
- 糠醛在食品方面可以作为防腐剂，在农药方面可以作为原料，在有机原料方面可以直接或间接合成除糠醇等产品外，还可以生产一些以石化原料生产的产品，以及医药、香料等精细化工产品。如果改用糠醛为原料就可节约大量石油资源，以可再生资源代替我国缺少的石油资源将具有重大现实意义。
学术论文摘要
- 我省竹类资源在传统制作和工业加工过程中的利用率特别低，有60%以上的竹材成为加工剩余物，竹材生物资源巨大。本实验以竹材废弃物为原料，通过碱性过氧化氢法水解得半纤维素，再以固体超强酸SO42 -/ MxOy为催化剂转化为高附加值化学品——糠醛。考察了不同的固体超强酸SO42 -/ MxOy催化剂的用量、温度、时间等因素对糠醛的收率的影响。实验结果表明：浓度为1.0 mol/L H2SO4 浸渍过的固体超强酸SO42 -/ TiO2具有很高催化活性, 原料与催化剂的投料质量比为10 : 1，反应温度为140℃，反应时间为 6h，糠醛总收率达到10%左右。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] 王树东. 中国竹业的发展与全面创新[J]. 林业科技管理, 2004, (2): 7–8. [2] 谢贻发. 我国竹类资源综合利用现状与前景[J]. 热带农业科学, 2004, (6): 46–52. [3] 张廷杰. 江西竹类资源现状及开发利用对策[J]．西南林学院学报, 1993, 4: 209–213. [4] 罗新湘，文瑞明. 竹类加工剩余物开发利用研究述评[J]．湖南城市学院学 报, 2004,3:62–64 . [5] 黄 彪. 竹炭、竹醋液生产技术与应用研究综述[J]．福建林学院学报, 2003, 23: 93–96. [6] 胡永煌. 竹炭、竹醋液生产技术及应用开发研究进展[J]．林业化学与化工, 2002, 22: 79–83. [7] 王俊芳.糠醛的生产及应用[J]. 化学工程与装备, 2009 , 10: 137–139 . [8] 王 东. 糠醛产业现状及其衍生物的生产与应用[J]. 化工中间体，2003, (21): 19–22. [9] 李志松，易卫国. 玉米芯制备的研究[J]. 精细化工中间体. 2010, 40: 53–55. [10] 李志松. 糠醛生产工艺研究综述[J]．广东化工, 2010, 3(37): 40–41. [11] Romanovskii A I, Khim A L M. Production of furfural by the Agrifuran method[J]. Pererabotka Drevesiny, Ref. Inform. 1996, (5): 5–9.
同类课题研究水平概述
- 糠醛在国民经济发展中起着重要的作用，但目前制备规模小，且生产对环境造成污染。为了满足社会发展对资源的需求，实现资源的有效利用，维持和促进资源、环境、社会经济的协调可持续发展，我们迫切需要寻找可再生资源转化为高附加值的糠醛。 目前，生产糠醛最主要的途径是采用玉米芯、秸杆、杨木废弃物等农林副产中的植物纤维为原料，在硫酸或盐酸等催化剂的作用下水解，使多缩戊糖转化为戊糖，然后戊糖在高温下经脱水环化生成糠醛。生产糠醛的方法分为一步法和两步法。一步法因其设备投资少，操作简单，在糠醛工业中得到了广泛的应用。经过近几十年发展，糠醛的生产工艺和技术都有了很大的提高, 从最初的单锅蒸煮, 发展到多锅串联以及连续生产工艺。在所报道的工艺中，应用较广的有Quaker Oats工艺、Petro-chimine工艺、Escher Wyss工艺、Roseniew工艺等。这些工艺全部采用水蒸汽汽提法移出反应中生成的糠醛。但蒸汽消耗量大，一吨糠醛消耗蒸汽18～25t,糠醛的收率低，最高才达到60%，并产生大量的废渣。两步法工艺较为复杂, 设备投资高，并且第二步中脱水工艺条件不成熟，在工业生产中未得到实际应用。其中Dunning等较早对两步法生产工艺作了研究。他们使用一套连续生产设备以硫酸作催化剂, 玉米芯作原料，糠醛的收率可达69%。Dias等用微孔一中孔结构的硅土负载磺酸催化木糖脱水生成糠醛。反应用二甲基亚砜或水作溶剂、异丁基甲基酮或甲苯作萃取剂, 在微型反应器中进行，木糖转化率达到90%，糠醛选择性达到82%。目前国内以玉米芯为原料，糠醛的理论收率为27%～34%，采用一步法生产时的实际收率只有9%-12%，两步法的收率在20%左右。Ana-S.Dias等人用微孔－中孔结构的硅土负载磺酸催化木糖脱水生成糠醛。反应用二甲基亚砜或水作溶剂、异丁基甲基酮或甲苯作萃取剂, 在微型反应器中进行24h后，木糖转化率达到90%，糠醛选择性达到82%，说明这是一种高效的固体催化剂。但采用不同浓度SO42 -/ MxOy固体超强酸作催化剂的研究目前还未见报道。
