一鍋法催化生物質(zhì)制取5-乙氧基甲基糠醛試驗(yàn)研究.pdf

1、我國每年會產(chǎn)生大量的農(nóng)作物秸稈等廢棄生物質(zhì)，這些資源大部分被直接燃燒而沒被有效利用，一方面造成了資源的浪費(fèi)，另一方面帶來了環(huán)境污染問題，如能利用其生產(chǎn)高附加值的化工材料和能源將為秸稈等廢棄生物質(zhì)提供一條資源化利用途徑。5-乙氧基甲基糠醛（5-Ethoxymethylfurfural，EMF）是一種環(huán)境友好的燃油和燃油添加劑替代產(chǎn)品，具有與汽油相近的能量密度和更少的燃燒排放物，被認(rèn)為是極具潛力的新型替代生物燃料。利用超低酸催化產(chǎn)量巨大的秸

2、稈類生物質(zhì)一鍋法制備EMF無疑將會大大降低其生產(chǎn)成本，提高EMF的市場競爭力。
　　生物質(zhì)秸稈主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素構(gòu)成，其中纖維素和半纖維素在酸性條件下可以水解為糖類，因此本文選取了果糖、葡萄糖、纖維素為原料，首先利用0.1wt％的酸在乙醇體系中一鍋法催化制備EMF，考察反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、底物濃度和催化劑用量等因素對反應(yīng)的影響，并在單因素試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，設(shè)計響應(yīng)面試驗(yàn)，得到超低酸一鍋法催化生物質(zhì)糖類制備EMF最佳工藝條

3、件。由于超低酸直接催化玉米秸稈的效果極差，因此，以超低酸和USY分子篩混合催化體系催化玉米秸稈制備EMF，固定酸用量為0.1wt%，考察了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、底物濃度和USY催化劑用量對反應(yīng)的影響，并在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，得到如下結(jié)論：
　　1.對于果糖、葡萄糖和纖維素，濃硫酸用量均為0.1wt%（乙醇質(zhì)量的0.1%），通過單因素和響應(yīng)面試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，果糖的最優(yōu)反應(yīng)條件為反應(yīng)溫度為120℃、反應(yīng)時間為60min、底

4、物濃度為40g/L（底物質(zhì)量/乙醇體積），EMF轉(zhuǎn)化率為79.3%；葡萄糖的最優(yōu)反應(yīng)條件為反應(yīng)溫度210℃、反應(yīng)時間14min、底物濃度20g/l，EMF轉(zhuǎn)化率達(dá)到22.3%；纖維素最佳反應(yīng)條件為反應(yīng)溫度200℃、反應(yīng)時間60min、底物濃度30g/l，EMF轉(zhuǎn)化率達(dá)到14.4%。結(jié)果說明，超低酸對果糖制備EMF反應(yīng)的催化效果較為顯著，但對于葡萄糖和纖維素的催化效果逐漸減弱。
　　2.利用超低酸催化玉米秸稈-乙醇體系制備EMF，改

5、變玉米秸稈的粒度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等反應(yīng)條件，結(jié)果發(fā)現(xiàn)EMF轉(zhuǎn)化率極低，最高達(dá)到9%；利用0.1wt%的超低酸與固體酸USY混合催化玉米秸稈在乙醇體系中一鍋法制備EMF，首先利用反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、底物濃度和USY催化劑用量進(jìn)行單因素試驗(yàn)，然后利用4因素3水平響應(yīng)面試驗(yàn)方法優(yōu)化制備過程，得到玉米秸稈一鍋法制備EMF的最優(yōu)反應(yīng)條件為：USY用量為1%，反應(yīng)溫度為210℃，反應(yīng)時間120min，玉米秸稈濃度為20g/L，EMF的轉(zhuǎn)化率為3