微波预处理甘蔗渣乙二醇液化工艺的优化

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 微波预处理甘蔗渣乙二醇液化工艺 的优化 摘要：利用单因素试验和正交试 验方法考察了催化剂用量、反应温度、 反应时间、乙二醇与甘蔗渣液固比及微 波处理时间等因素对甘蔗渣乙二醇液化 效果的影响。结果表明，最佳工艺为催 化剂用量 6%，反应温度 170 ，反应 时间 150 min，乙二醇与甘蔗渣液固比 101，微波预处理时间 4 min。在此条 件下，甘蔗渣液化率可达 92.80%。 中国论文网 /8/view-12792975.htm 关键词：甘蔗渣；微波；乙二醇； 液化 中图分类号：TS724；S216 文献 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 标识码：A 文章编号： 0439- 8114（2013）07-1650-04 甘蔗渣是制糖工业的主要副产品， 是一种重要的可再生资源。中国是仅次 于巴西和印度的第三大甘蔗种植国，南 方地区甘蔗年总产量约 7 000 万 t，甘蔗 渣年产量达 700 万 t。甘蔗渣的成分以 纤维素、半纤维素和木质素为主1。长 期以来大批量的甘蔗渣没有得到充分的 利用，而是作为燃料烧掉或废弃。开发 利用甘蔗渣资源，不但可以提高糖厂的 经济效益，还可为其他行业提供大量的 资源，具有十分重大现实意义2。 随着生物质液化技术的不断成熟， 液化已成为天然木质素等原料利用的主 要途径之一3-5。利用甘蔗渣等植物生 物质原料液化降解，可以得到富含羟基 的多元醇液化产物，并通过与异氰酸酯 反应，制得了聚氨酯硬质泡沫材料 6，7，不但可以提高甘蔗渣的附加值， 而且也为甘蔗渣资源的利用开辟了一 条新途径。本研究通过微波预处理甘蔗 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 渣，考察了催化剂用量、反应温度、反 应时间、乙二醇与甘蔗渣液固比、微波 预处理时间对液化效果的影响，以期为 甘蔗渣的综合利用提供一定依据。 1 材料与方法 1.1 材料 1.1.1 材料与试剂 甘蔗渣（广西 柳兴制糖有限公司） ；乙二醇（分析纯， 广东汕头市西陇化工厂） ；98%浓硫酸 （分析纯，广东汕头市西陇化工厂） ； 液体石蜡油（广东汕头市西陇化工厂） 。 1.1.2 仪器 FA2004B 型电子天平 （上海越平仪器有限公司） ；SHB-BP5A 型水循环真空泵（河南巩义英峪予华仪 器有限公司） ；DF-101S 型集热式恒温 磁力搅拌器（河南巩义英峪予华仪器有 限公司） ；强力电动搅拌机（上海昂尼 仪器仪表有限公司） ；KJ17C-H 型微波 炉（广东顺德美的制造公司） ；FW100 型高速万能粉碎机（杭州汇尔仪器设备 有限公司） ；电热恒温干燥箱（上海跃 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 进医疗器械厂） 。 1.2 方法 1.2.1 甘蔗渣的处理 将去除杂质 的甘蔗渣粉碎，过 4080 目筛，置于 恒温干燥箱中，在（853） 条件下 恒温干燥 12 h。取出后放入干燥器中冷 却、存留备用。 1.2.2 甘蔗渣的液化过程 将称量 好的甘蔗渣放入 250 mL 三角烧瓶中， 并将三角烧瓶放入已调好时间的微波炉 中进行微波预处理，开启微波炉并记时。 待微波处理完成后取出烧瓶，将乙二醇、 98%浓硫酸按照一定液固比依次加入三 角烧瓶中，并迅速将其放入预设好温度 的油浴锅中加热，接上冷凝管，开启搅 拌器。待反应达到预设时间后，停止加 热，关闭搅拌器，取出反应器，冷却至 室温。 1.2.3 甘蔗渣液化率的测定 用无 水乙醇稀释甘蔗渣乙二醇液化产物，减 压过滤，再用无水乙醇洗涤残渣至滤液 变成无色。将过滤残渣连同滤纸一起放 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 入干燥箱中（1032） 下干燥至衡重， 取出残渣，置于干燥器中冷却至室温， 称重并计算甘蔗渣的液化率。公式为 YL=（m0-mr）/m0100%。式中，mr 为甘蔗渣液化残渣质量（g） ；m0 为液 化前甘蔗渣质量（g） ；YL 为甘蔗渣液 化率（% ） 。 1.2.4 单因素试验 催化剂用量 对甘蔗渣液化率的影响。在反应温度 110 ，反应时间 90 min，乙二醇与甘 蔗渣液固比 51，微波预处理时间 4 min 的条件下，分别考察不同催化剂用 量对甘蔗渣液化率的影响。反应温度 对甘蔗渣液化率的影响。在催化剂用量 7%，反应时间 90 min，乙二醇与甘蔗 渣液固比 51，微波预处理时间 4 min 的条件下，分别考察不同反应温度对甘 蔗渣液化率的影响。反应时间对甘蔗 渣液化率的影响。在乙二醇与甘蔗渣液 固比 91，催化剂用量 5%，反应温度 150 ，微波预处理时间 4 min 的条件 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 下，分别考察不同反应时间对甘蔗渣液 化率的影响。液固比对甘蔗渣液化率 的影响。在反应时间 90 min，催化剂用 量 8%，反应温度 150 ，微波预处理 时间 4 min 的条件下，分别考察不同液 固比对甘蔗渣液化率的影响。微波预 处理时间对甘蔗渣液化率的影响。在反 应时间 90 min，催化剂用量 8%，乙二 醇与甘蔗渣液固比 51，反应温度 150 的条件下，分别考察不同微波预处理 时间对甘蔗渣液化率的影响。 1.2.5 正交试验 为确定微波预处 理甘蔗渣乙二醇液化的最优工艺，在单 因素试验的基础上，选用 L16（45）正 交表进行正交试验，考察微波预处理时 间（A） 、液固比（B） 、反应温度（C） 、 催化剂用量（D） 、反应时间（E）的交 互作用对甘蔗渣乙二醇液化效果的影响， 因素与水平见表 1。 2 结果与分析 2.1 单因素试验结果 2.1.1 催化剂用量对甘蔗渣液化 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 率的影响 催化剂可以促进甘蔗渣液化 反应的进行，强酸性催化剂用量不同， 对液化反应促进作用也不同。试验考察 了反应温度 110 ，液化时间 90 min， 液固比 51，微波预处理时间 4 min 时， 不同催化剂用量对甘蔗渣液化率的影响， 结果如图 1 所示。由图 1 可见，随着催 化剂用量的增加，甘蔗渣液化率也在不 断提高。催化剂用量为 3%5%时，对 甘蔗渣液化率的影响显著，液化率提高 了 3.2%；催化剂用量从 5%增加到 8% 时，液化率变化趋于缓慢，仅提高了 0.8%。试验结果与丛日昕等8研究报道 基本一致。 2.1.2 反应温度对甘蔗渣液化率 的影响 试验考察了催化剂用量 7%，反 应时间 90 min，液固比 51，微波预 处理时间 4 min 时，不同反应温度对甘 蔗渣液化率的影响，结果如图 2 所示。 由图 2 可见，随着反应温度的升高，甘 蔗渣液化率不断提高。90110 的温 度范围内时，甘蔗渣液化率的变化较为 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 平缓；110170 的温度范围内，液化 率显著提高，提高了 17.6%。这与朱俐 静等9的研究结果基本一致。 2.1.3 反应时间对甘蔗渣液化率的影响 试验考察了液固比 91，催化剂用量 5%， 反应温度 150 ，微波预处理时间 4 min 时，不同反应时间对甘蔗渣液化率 的影响，结果如图 3 所示。由图 3 可见， 随着反应时间的延长，甘蔗渣液化率的 总趋势不断提高，但在不同的时间范围 内，液化率上升程度不同，在反应开始 到 50 min 时，甘蔗渣液化率为 85.0%； 当反应时间从 110 min 上升到 160 min，甘蔗渣的液化速率快速上升，提 高了 3.3%。反应时间越久，甘蔗渣液 化越充分，液化率越高，但考虑能耗经 济的限制，一般应控制一定的液化时间。 2.1.4 液固比对甘蔗渣液化率的 影响 试验考察了液化反应时间 90 min，催化剂用量 8%，反应温度 150 ， 微波预处理时间 4 min 时，不同液固比 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 对甘蔗渣液化率的影响，结果如图 4 所 示。由图 4 可见，当乙二醇与甘蔗渣的 液固比在 5171 内时，液化率提 高较慢；当液固比超过 71 时，液化 率提高较快。 2.1.5 微波处理时间对甘蔗渣液 化率的影响 试验考察了反应时间 90 min，催化剂用量 8%，液固比 51， 反应温度 150 时，不同微波处理时间 对甘蔗渣液化率的影响，结果如图 5 所 示。由图 5 可见，微波预处理时间 4 min 时，甘蔗渣液化率最高。在 04 min 的微波预处理时间范围内，甘蔗渣 的液化反应速度比较快，液化率提高了 8.6%； 在 410 min 的微波预处理时 间范围内，甘蔗渣液化效率反而下降。 Yamada 等10 研究报道在甘蔗渣液化初 期，主要是甘蔗渣半纤维素和木质素的 降解反应，后期则主要是难液化的纤维 素的降解，继续延长反应时间，液化过 程产生的木质素自由基会发生偶合，生 成不溶性残渣，导致残渣率上升。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 2.2 正交试验结果 正交试验结果见表 2，由极差分 析可知，甘蔗渣乙二醇液化过程中对其 液化效果影响最大的是反应温度，其次 是液固比，再次是催化剂用量和反应时 间，最后是微波预处理时间。甘蔗渣液 化的最优工艺条件为 A2B4C4D2E3，即 微波预处理时间 4 min，液固比 101，反应温度 170 ，催化剂用量 6%， 反应时间 150 min。最佳试验条件组不 在正交试验组合中，故在此条件下进行 验证试验，得到甘蔗渣液化率达