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基本信息

項(xiàng)目名稱：
竹材廢棄物轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品——糠醛
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
我省竹類資源在傳統(tǒng)制作和工業(yè)加工過(guò)程中的利用率特別低，有60%以上的竹材成為加工剩余物，竹材生物資源巨大。本實(shí)驗(yàn)以竹材廢棄物為原料，通過(guò)堿性過(guò)氧化氫法水解得半纖維素，再以固體超強(qiáng)酸SO42 -/ MxOy為催化劑轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品——糠醛?？疾炝瞬煌墓腆w超強(qiáng)酸SO42 -/ MxOy催化劑的用量、溫度、時(shí)間等因素對(duì)糠醛的收率的影響。
詳細(xì)介紹：
我省竹類資源在傳統(tǒng)制作和工業(yè)加工過(guò)程中的利用率特別低.本實(shí)驗(yàn)以竹材廢棄物為原料，通過(guò)堿性過(guò)氧化氫法水解得半纖維素，再以固體超強(qiáng)酸為催化劑轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品——糠醛?？疾炝瞬煌墓腆w超強(qiáng)酸催化劑的用量、溫度、時(shí)間等因素對(duì)糠醛的收率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：濃度為1.0 mol/L H2SO4 浸漬過(guò)的固體超強(qiáng)酸SO42 -/ TiO2具有很高催化活性, 原料與催化劑的投料質(zhì)量比為10 : 1，反應(yīng)溫度為140℃，反應(yīng)時(shí)間為 6h，糠醛總收率達(dá)到10%左右。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

本作品選擇江西省豐富的自然資源——竹材為原料，通過(guò)綠色環(huán)保固體超強(qiáng)酸SO42 -/ MxOy催化劑在比較溫和的條件下催化轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品——糠醛，為實(shí)現(xiàn)竹材廢棄物轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品提供理論依據(jù)。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

石油資源短缺是目前人類面臨的巨大挑戰(zhàn)，為了維護(hù)各自國(guó)家經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，需要尋找可再生的資源轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品。 竹材廢棄物數(shù)量巨大，竹子中含有大量的半纖維素，充分利用其半纖維素可獲得一些高附加值的化學(xué)品。本作品采用環(huán)保友好型固體超強(qiáng)酸作催化劑，其催化轉(zhuǎn)化為糠醛的顯著特點(diǎn)在于催化活性高、反應(yīng)條件溫和制備方便、可以簡(jiǎn)化分離程序，且糠醛的總收率可達(dá)到10%左右。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

糠醛在食品方面可以作為防腐劑，在農(nóng)藥方面可以作為原料，在有機(jī)原料方面可以直接或間接合成除糠醇等產(chǎn)品外，還可以生產(chǎn)一些以石化原料生產(chǎn)的產(chǎn)品，以及醫(yī)藥、香料等精細(xì)化工產(chǎn)品。如果改用糠醛為原料就可節(jié)約大量石油資源，以可再生資源代替我國(guó)缺少的石油資源將具有重大現(xiàn)實(shí)意義。

學(xué)術(shù)論文摘要

我省竹類資源在傳統(tǒng)制作和工業(yè)加工過(guò)程中的利用率特別低，有60%以上的竹材成為加工剩余物，竹材生物資源巨大。本實(shí)驗(yàn)以竹材廢棄物為原料，通過(guò)堿性過(guò)氧化氫法水解得半纖維素，再以固體超強(qiáng)酸SO42 -/ MxOy為催化劑轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品——糠醛。考察了不同的固體超強(qiáng)酸SO42 -/ MxOy催化劑的用量、溫度、時(shí)間等因素對(duì)糠醛的收率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：濃度為1.0 mol/L H2SO4 浸漬過(guò)的固體超強(qiáng)酸SO42 -/ TiO2具有很高催化活性, 原料與催化劑的投料質(zhì)量比為10 : 1，反應(yīng)溫度為140℃，反應(yīng)時(shí)間為 6h，糠醛總收率達(dá)到10%左右。

獲獎(jiǎng)情況

無(wú)

鑒定結(jié)果

無(wú)

參考文獻(xiàn)

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同類課題研究水平概述

糠醛在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著重要的作用，但目前制備規(guī)模小，且生產(chǎn)對(duì)環(huán)境造成污染。為了滿足社會(huì)發(fā)展對(duì)資源的需求，實(shí)現(xiàn)資源的有效利用，維持和促進(jìn)資源、環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，我們迫切需要尋找可再生資源轉(zhuǎn)化為高附加值的糠醛。 目前，生產(chǎn)糠醛最主要的途徑是采用玉米芯、秸桿、楊木廢棄物等農(nóng)林副產(chǎn)中的植物纖維為原料，在硫酸或鹽酸等催化劑的作用下水解，使多縮戊糖轉(zhuǎn)化為戊糖，然后戊糖在高溫下經(jīng)脫水環(huán)化生成糠醛。生產(chǎn)糠醛的方法分為一步法和兩步法。一步法因其設(shè)備投資少，操作簡(jiǎn)單，在糠醛工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過(guò)近幾十年發(fā)展，糠醛的生產(chǎn)工藝和技術(shù)都有了很大的提高, 從最初的單鍋蒸煮, 發(fā)展到多鍋串聯(lián)以及連續(xù)生產(chǎn)工藝。在所報(bào)道的工藝中，應(yīng)用較廣的有Quaker Oats工藝、Petro-chimine工藝、Escher Wyss工藝、Roseniew工藝等。這些工藝全部采用水蒸汽汽提法移出反應(yīng)中生成的糠醛。但蒸汽消耗量大，一噸糠醛消耗蒸汽18～25t,糠醛的收率低，最高才達(dá)到60%，并產(chǎn)生大量的廢渣。兩步法工藝較為復(fù)雜, 設(shè)備投資高，并且第二步中脫水工藝條件不成熟，在工業(yè)生產(chǎn)中未得到實(shí)際應(yīng)用。其中Dunning等較早對(duì)兩步法生產(chǎn)工藝作了研究。他們使用一套連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備以硫酸作催化劑, 玉米芯作原料，糠醛的收率可達(dá)69%。Dias等用微孔一中孔結(jié)構(gòu)的硅土負(fù)載磺酸催化木糖脫水生成糠醛。反應(yīng)用二甲基亞砜或水作溶劑、異丁基甲基酮或甲苯作萃取劑, 在微型反應(yīng)器中進(jìn)行，木糖轉(zhuǎn)化率達(dá)到90%，糠醛選擇性達(dá)到82%。目前國(guó)內(nèi)以玉米芯為原料，糠醛的理論收率為27%～34%，采用一步法生產(chǎn)時(shí)的實(shí)際收率只有9%-12%，兩步法的收率在20%左右。Ana-S.Dias等人用微孔－中孔結(jié)構(gòu)的硅土負(fù)載磺酸催化木糖脫水生成糠醛。反應(yīng)用二甲基亞砜或水作溶劑、異丁基甲基酮或甲苯作萃取劑, 在微型反應(yīng)器中進(jìn)行24h后，木糖轉(zhuǎn)化率達(dá)到90%，糠醛選擇性達(dá)到82%，說(shuō)明這是一種高效的固體催化劑。但采用不同濃度SO42 -/ MxOy固體超強(qiáng)酸作催化劑的研究目前還未見(jiàn)報(bào)道。
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