中华民国第四十四届中小学科学展览会41518

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1、中華民國第四十四屆中小學科學展覽會作品說明書高職組化工、衛工及環工科091101國立嘉義高級工業職業學校指導老師姓名賴瓊玉蔡榮政作者姓名陳建學鄭柏祥黃莉媖楊雅婷纖維素水解的探討壹、摘要（一）水解時間對纖維素水解很重要，因反應器內進行著如下的兩個反應：纖維素K1葡萄糖，葡萄糖K2副產物（包括甲酸、果糖酸、甲基糠醛）初反應是纖維素水解，需一定時間完成；此外葡萄糖溶液停留時間的增加，將使更多的葡萄糖轉化為副產物，故隨時間的增加葡萄糖的量有下降的現象。（二）催化纖維素K1葡萄糖的效果是：鹽酸催化劑組＞順丁烯二酸催化劑組，但葡萄糖K2副產物的反應中，鹽酸催化劑組

2、的降解率為85﹪，而順丁烯二酸催化劑的降解率為15﹪，因此需長時間加熱時，最好採用順丁烯二酸為催化劑催化否則得不償失。（三）無機酸催化劑組其催化纖維素水解的效果隨溫度增加而增加，但在140℃時Cu2O的量增幅變小，且在160℃Cu2O的量變小很多，這是因反應器內進行著如下的兩個反應：纖維素K1葡萄糖葡萄糖K2副產物在較低溫時K1的增加值大於K2，但隨溫度提高K2的增加值會逐漸大於K1，因而Cu2O的量增幅變小甚至在160℃Cu2O的量變小。（四）有機酸催化劑組，其催化纖維素水解的效果隨溫度增加而增加，但在140℃時Cu2O的量增幅較無機酸催化劑組大，且在

3、160℃時Cu2O減少的量也較小，這是順丁烯二酸催化劑組在K2葡萄糖降解率較小的原因。貳、研究動機：據報載，世界上每天有6億多噸木屑、樹幹、甘蔗渣、舊報紙、破布等廢物未被利用，若將其中的纖維素加以利用必為人類創造大量財富，且可利用纖維素產生的葡萄糖發酵為酒精代替石油解決部分能源短缺….越想越興奮，找老師研究去！参、研究目的：1.不同種無機酸和濃度對纖維素水解的影響。2.不同種有機酸和濃度對纖維素水解的影響。3.催化劑組成和濃度對纖維素水解的影響。4.水解時間對纖維素水解的影響。5.不同的無機酸與有機酸對葡萄糖降解（degrade）的影響。6.用微波加熱、

4、水蒸氣加熱、壓力鍋加熱取代隔水加熱對纖維素水解的影響。7.反應溫度對纖維素水解的影響。肆、研究設備及器材＜器材＞：微波爐、離心機、旋光計、離心試管、三腳架、量筒、燒杯、本生燈、玻棒、脫脂棉＜藥品＞：HCl、HNO3、H2SO4、H3PO4、CH3COOH、草酸、琥珀酸、順丁烯二酸、FeCl2、FeCl3、CoCl2、NiCl2、CrCl3、CuCl2、ZnCl21伍、研究過程及方法：（一）取250mL的大燒杯一只加入水60mL，冷卻之加入1g脫脂棉攪拌5~10分鐘，使棉花溶解用旋光計測旋光度取溶液40mL於試管中光源鈉D線，波長5893Å煮沸60分鐘冷卻

5、之滴入NaOH使溶液變中性或鹼性，加入5mL斐林試劑，隔水加熱10分鐘取出試管離心烘乾稱重Cu2O（二）水蒸氣加熱圖示：加熱圓底燒瓶產生水蒸氣導入蒸餾瓶內加熱。2（三）高溫加熱法利用高溫爐加熱的方式，控溫在120℃、140℃和160℃。陸、實驗結果與討論（一）不同種類無機酸和濃度對纖維素水解的影響＜表一＞酸種類和濃度Cu2O重（gw）旋光度酸種類和濃度Cu2O重（gw）旋光度1NHCl0.01680.12551NH2SO40.01420.09212NHCl0.01860.14722NH2SO40.01590.09994NHCl0.01950.16464N

6、H2SO40.01750.10116NHCl0.02050.18536NH2SO40.01910.10991NHNO30.01360.02501NH3PO40.01720.12722NHNO30.01460.04482NH3PO40.01900.14904NHNO30.01520.06494NH3PO40.02000.16656NHNO30.01600.08836NH3PO40..02150.1888空白實驗：纖維素（棉花）＋水＋斐林試劑＜圖一＞圖一-1於不同濃度（1N、2N、4N、6N）的HCl、HNO3、H2SO4、H3PO4下反應與Cu2O重（gw

7、）的關係圖0.025Cu2O0.02HCl重0.015HNO3(gw)0.01H2SO4H3PO40.00501N2N4N6N濃度3圖一-2於不同濃度（1N、2N、4N、6N）的HCl、HNO3、H2SO4、H3PO4下反應與旋光度的關係圖0.20.15HCl旋HNO3光0.1H2SO4度H3PO40.0501N2N4N6N濃度圖一-3於高濃度的HCl（12N）、HNO3（15N）、H2SO4（18N）、H3PO4（45N）下反應與Cu2O重（gw）的關係圖0.90.80.70.6Cu2O0.5重0.4(gw)0.30.20.1012NHCl15NHNO

8、318NH2SO445NH3PO4高濃度的酸圖一-4於高濃度的HCl（12N）、