糠醛渣與改性糠醛渣的制備、表征及吸附特性研究

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1、第1章緒論第1章緒論1.1糠醛渣的來源糠醛是一種極為重要的有機(jī)化工原料，它的發(fā)展源遠(yuǎn)流長。早在1821年，J.W.Doebernier首先發(fā)現(xiàn)了它，在其發(fā)展過程中經(jīng)歷了四次飛躍。第一次是20世紀(jì)20年代，美國TheQuakerOcts.Co.開創(chuàng)了工業(yè)化生產(chǎn)糠醛的新紀(jì)元，并廣泛地應(yīng)用于木松香脫色和潤滑油的精制；第二次是40年代，糠醛廣泛應(yīng)用于合成橡膠、醫(yī)藥、農(nóng)藥等領(lǐng)域，促進(jìn)了糠醛的生產(chǎn)與發(fā)展；第三次是60年代，四氫呋喃糠醇等糠醛深加工產(chǎn)品用途的擴(kuò)展，特別是呋喃樹脂在精密鑄造方面的應(yīng)用，極大地促進(jìn)了糠醛工業(yè)的發(fā)展；第四次是90年代初，由于它在合成纖維、造紙工業(yè)、

2、粘合劑以及電子事業(yè)等方面的發(fā)展，再一次促進(jìn)了糠醛的生產(chǎn)與發(fā)展，并促進(jìn)了由糠醛所得到的產(chǎn)品的發(fā)展?？啡‵urfural）學(xué)名呋喃甲醛，是一種廣泛用于石油精制、石油化工、化學(xué)工業(yè)、醫(yī)藥、食品及合成橡膠、合成樹脂等行業(yè)的重要有機(jī)化工原料和化學(xué)溶劑[1-4]，因而在精細(xì)化工領(lǐng)域是較為重要的一類產(chǎn)品。尤其是該產(chǎn)品的生產(chǎn)是以闊葉木材、油茶殼、玉米芯等可再生的農(nóng)林作物為原料，具有取之不盡、用之不竭的特點(diǎn)，因而在石油、煤、天然氣等能源日益緊張的今天，大力發(fā)展糠醛產(chǎn)業(yè)，努力開發(fā)其下游產(chǎn)品，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域意義重大。隨著能源危機(jī)和石油價(jià)格的上漲，利用可再生的農(nóng)林廢料生產(chǎn)高附加值的

3、糠醛，并發(fā)展其下游化工產(chǎn)品，受到人們越來越多的重視。世界上生產(chǎn)糠醛的最大廠家是美國的凱卡歐茲公司，1976年9月，該公司建成了一套10萬噸/年的大型糠醛生產(chǎn)裝置。我國是世界上的糠醛生產(chǎn)和出口大國，國內(nèi)的生產(chǎn)廠家已達(dá)200多家，生產(chǎn)能力已達(dá)20多萬噸/年，實(shí)際產(chǎn)量約15萬噸左右，絕大部分都出口到日本、韓國、美國等，糠醛的產(chǎn)量和出口量皆位居世界第一[5]。生產(chǎn)廠家分布較為分散，主要分布地有山東、河南、河北、陜西、山西、遼寧、黑龍江、吉林等省玉米種植面積較集中的地區(qū)。由于糠醛是以農(nóng)副產(chǎn)品為原料生產(chǎn)的，所以受原料來源制約，這些生產(chǎn)企業(yè)一般生產(chǎn)規(guī)模不大，大多以年產(chǎn)500

4、～3000噸為主，而且大多數(shù)采用傳統(tǒng)的硫酸酸化法生產(chǎn)，對環(huán)-1-沈陽理工大學(xué)碩士學(xué)位論文境污染嚴(yán)重，再加上生產(chǎn)過程產(chǎn)生大量的廢渣，難于處理，因而我國的糠醛生產(chǎn)企業(yè)面臨巨大的環(huán)保難題，亟需解決！1.1糠醛渣糠醛渣是將農(nóng)副產(chǎn)品如玉米芯、植物纖維原料粉碎后加入定量的稀磷酸，在一定的溫度和壓力作用下，發(fā)生一系列生物化學(xué)水解反應(yīng)，提取化工原料糠醛后的剩余有機(jī)殘?jiān)?。濕時(shí)顏色為深褐到棕黑色，風(fēng)干顏色為黃褐色，松軟易碎，大部分為粉末狀[6]，遠(yuǎn)看與土壤顆粒相似?？啡┰?～3mm，容重0.35～0.42g.cm-3，有機(jī)物質(zhì)含量764.50～781.30g.kg-1，其中腐

5、殖酸約占26%，速效氮328～533mg.kg-1，P2O5109～393mg.kg-1，K2O700～750mg.kg-1。游離酸35.00～42.10g.kg-1，pH值1.86～3.15[7]。一方面由于糠醛渣含有大量纖維素[8]，是很值得利用的資源，如以其作為鍋爐的燃料，生產(chǎn)蒸汽再用到糠醛生產(chǎn)中，將實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。廢渣作為燃料被利用，不但解決了環(huán)保問題，而且節(jié)約能源，經(jīng)濟(jì)效益顯著。另一方面由于糠醛渣富含有機(jī)質(zhì)和植物生長所需要的鉀素，如將其轉(zhuǎn)化為中性復(fù)合肥，施入土壤中既能補(bǔ)充土壤鉀的虧缺，又提高了含鉀有機(jī)廢棄物資源的利用率，為糠醛渣資源的合理利用找到

6、了有效途徑。此外，糠醛渣中纖維素、木質(zhì)素[8]的含量比較高，是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)活性炭的良好原料，用它生產(chǎn)活性炭，不僅能夠提高經(jīng)濟(jì)效益，而且是改善環(huán)境、解決污染的一種行之有效的途徑。1.2糠醛渣的應(yīng)用1.3.1糠醛渣作為鍋爐燃料的應(yīng)用吳東火等[9]深入分析了糠醛渣的特性、燃燒機(jī)理，以及目前國內(nèi)燃用糠醛渣鍋爐存在的問題。并成功開發(fā)、研制了一臺(tái)35t/h、3.82MPa的糠醛渣差速流化床鍋爐。鍋爐運(yùn)行后取得了較好的效益。劉新文[10]通過對高、低差速床鍋爐采用一定的設(shè)計(jì)措施后，用糠醛渣作為鍋爐燃料，取得了較好的效果。結(jié)果表明：高、低差速床鍋爐每小時(shí)可焚燒糠醛渣8t左右，日處

7、理廢渣近200t，相當(dāng)于每日可節(jié)省約65t標(biāo)準(zhǔn)煤，若按每噸標(biāo)準(zhǔn)煤300元，年運(yùn)行300天計(jì)算，每年可節(jié)省人民幣585萬元，投資回收僅需一年，-2-第1章緒論且又消除了廢渣堆積給土壤和水資源帶來的污染，減少了土地的占用率，因而具有極高的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。但同時(shí)由于糠醛渣具有較強(qiáng)的酸性，對設(shè)備腐蝕嚴(yán)重[11]，對它的利用受到了一定的限制。1.1糠醛渣作為環(huán)?；钚杂袡C(jī)肥的應(yīng)用萬強(qiáng)，張秀菊[12]將糠醛渣經(jīng)生化劑活化制成的稀土有機(jī)肥，施用在水稻、黃瓜、豆角上。結(jié)果表明：作物施用糠醛渣稀土有機(jī)肥后，長勢旺盛、葉片濃綠，水稻的結(jié)實(shí)率和千粒重增加，黃瓜、豆角開花結(jié)實(shí)提早，

8、采收期延長，說明糠醛渣稀土有機(jī)肥肥效長