糠醛渣与改性糠醛渣的制备、表征及吸附特性研究

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1、第1章绪论第1章绪论1.1糠醛渣的来源糠醛是一种极为重要的有机化工原料，它的发展源远流长。早在1821年，J.W.Doebernier首先发现了它，在其发展过程中经历了四次飞跃。第一次是20世纪20年代，美国TheQuakerOcts.Co.开创了工业化生产糠醛的新纪元，并广泛地应用于木松香脱色和润滑油的精制；第二次是40年代，糠醛广泛应用于合成橡胶、医药、农药等领域，促进了糠醛的生产与发展；第三次是60年代，四氢呋喃糠醇等糠醛深加工产品用途的扩展，特别是呋喃树脂在精密铸造方面的应用，极大地促进了糠醛工业的发展；第四次是90年代初，由于它在合成纤维、造纸工业、

2、粘合剂以及电子事业等方面的发展，再一次促进了糠醛的生产与发展，并促进了由糠醛所得到的产品的发展。糠醛（Furfural）学名呋喃甲醛，是一种广泛用于石油精制、石油化工、化学工业、医药、食品及合成橡胶、合成树脂等行业的重要有机化工原料和化学溶剂[1-4]，因而在精细化工领域是较为重要的一类产品。尤其是该产品的生产是以阔叶木材、油茶壳、玉米芯等可再生的农林作物为原料，具有取之不尽、用之不竭的特点，因而在石油、煤、天然气等能源日益紧张的今天，大力发展糠醛产业，努力开发其下游产品，拓宽其应用领域意义重大。随着能源危机和石油价格的上涨，利用可再生的农林废料生产高附加值的

3、糠醛，并发展其下游化工产品，受到人们越来越多的重视。世界上生产糠醛的最大厂家是美国的凯卡欧兹公司，1976年9月，该公司建成了一套10万吨/年的大型糠醛生产装置。我国是世界上的糠醛生产和出口大国，国内的生产厂家已达200多家，生产能力已达20多万吨/年，实际产量约15万吨左右，绝大部分都出口到日本、韩国、美国等，糠醛的产量和出口量皆位居世界第一[5]。生产厂家分布较为分散，主要分布地有山东、河南、河北、陕西、山西、辽宁、黑龙江、吉林等省玉米种植面积较集中的地区。由于糠醛是以农副产品为原料生产的，所以受原料来源制约，这些生产企业一般生产规模不大，大多以年产500

4、～3000吨为主，而且大多数采用传统的硫酸酸化法生产，对环-1-沈阳理工大学硕士学位论文境污染严重，再加上生产过程产生大量的废渣，难于处理，因而我国的糠醛生产企业面临巨大的环保难题，亟需解决！1.1糠醛渣糠醛渣是将农副产品如玉米芯、植物纤维原料粉碎后加入定量的稀磷酸，在一定的温度和压力作用下，发生一系列生物化学水解反应，提取化工原料糠醛后的剩余有机残渣。湿时颜色为深褐到棕黑色，风干颜色为黄褐色，松软易碎，大部分为粉末状[6]，远看与土壤颗粒相似。糠醛渣粒径2～3mm，容重0.35～0.42g.cm-3，有机物质含量764.50～781.30g.kg-1，其中腐

5、殖酸约占26%，速效氮328～533mg.kg-1，P2O5109～393mg.kg-1，K2O700～750mg.kg-1。游离酸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纤维素[8]，是很值得利用的资源，如以其作为锅炉的燃料，生产蒸汽再用到糠醛生产中，将实现资源的循环利用。废渣作为燃料被利用，不但解决了环保问题，而且节约能源，经济效益显著。另一方面由于糠醛渣富含有机质和植物生长所需要的钾素，如将其转化为中性复合肥，施入土壤中既能补充土壤钾的亏缺，又提高了含钾有机废弃物资源的利用率，为糠醛渣资源的合理利用找到

6、了有效途径。此外，糠醛渣中纤维素、木质素[8]的含量比较高，是生产优质活性炭的良好原料，用它生产活性炭，不仅能够提高经济效益，而且是改善环境、解决污染的一种行之有效的途径。1.2糠醛渣的应用1.3.1糠醛渣作为锅炉燃料的应用吴东火等[9]深入分析了糠醛渣的特性、燃烧机理，以及目前国内燃用糠醛渣锅炉存在的问题。并成功开发、研制了一台35t/h、3.82MPa的糠醛渣差速流化床锅炉。锅炉运行后取得了较好的效益。刘新文[10]通过对高、低差速床锅炉采用一定的设计措施后，用糠醛渣作为锅炉燃料，取得了较好的效果。结果表明：高、低差速床锅炉每小时可焚烧糠醛渣8t左右，日处

7、理废渣近200t，相当于每日可节省约65t标准煤，若按每吨标准煤300元，年运行300天计算，每年可节省人民币585万元，投资回收仅需一年，-2-第1章绪论且又消除了废渣堆积给土壤和水资源带来的污染，减少了土地的占用率，因而具有极高的经济效益和环保效益。但同时由于糠醛渣具有较强的酸性，对设备腐蚀严重[11]，对它的利用受到了一定的限制。1.1糠醛渣作为环保活性有机肥的应用万强，张秀菊[12]将糠醛渣经生化剂活化制成的稀土有机肥，施用在水稻、黄瓜、豆角上。结果表明：作物施用糠醛渣稀土有机肥后，长势旺盛、叶片浓绿，水稻的结实率和千粒重增加，黄瓜、豆角开花结实提早，

8、采收期延长，说明糠醛渣稀土有机肥肥效长