竹粉乙二醇液化工艺的优化

第30卷第4期柳州师专学报Vol30 No 42015年8月Journal of Liuzhou Teachers CollegeAug.2015竹粉乙二醇液化工艺的优化陈燕萌,钱善勤,文胜,玉澜,廖政达(广西科技师范学院化学与生命科学系,广西来宾546199摘要:为了研究竹粉乙二醇液化的优化工艺,通过单因素试验研究了反应温度、反应时间、催化剂用量、乙二醇与竹粉质量比等因素对竹粉液化效率的影响,并通过正交试验确定最佳液化工艺条件.在竹粉乙二醇液化过程中,影响液化效果最为显著的条件是反应温度,其余依次是反应时间,质量比以及催化剂用量.结果表明:最佳的工艺条件为液化反应温度170℃,液化时间90min,乙二醇与竹粉质量比为6,催化剂用量6%关键词:竹粉;乙二醇;液化工艺;优化中图分类号:TQ3534+1文献标识码:A文章编号:1003-7020(2015)04-0152-04竹子是我国重要的植物资源之一,具有生长快1材料、仪器设备更新快、生态与经济价值高等特点1现在随着我国竹类生产及加工类产业的迅速发展,加工过程中所产生1.1试验原料的竹屑残渣逐年增多33,竹屑残渣通常采取焚烧或竹粉取自广西柳州融安县丰园木业有限公司,粉者随意丢弃等方法处理,这不仅污染了环境,而且也碎后过筛选用40-80目,放于100±5℃的烘箱中烘干液化反应是实现固态生物质资源高附加值利用多量恒定,用自封袋包装好后放入干燥器中保存造成了极大的资源浪费至质的一种有效方法,是在高温条件下通过一定的溶剂1.2化学试剂催化剂及压力的作用使材料由固态转变为液态的热吨,西陇化工:无水乙醇,分析纯,西陇化工.,6乙二醇(甘醇),分析纯,西陇化工;浓硫酸,分析化学过程4.天然生物质材料的主要成分是纤维素、半1.3仪器设备纤维素和木质素,这些含大量羟基的高分子物质,在万能粉碎机,天津泰斯特FW100;远红外快速干高温条件下可以液化反应,裂解生成富含酚基群、多燥箱,上海跃进医疗器械有限公司YHG-600Bs;强力元醇的小分子量物质,作为制备酚醛树脂和聚氨酯等电动搅拌机,上海昂尼仪器仪表有限公司JB90-D;集多种高分子材料的原料甘蔗渣、水稻秸秆、玉米秸热式恒温加热磁力搅拌器,河南巩义市予华仪器有限杆以及竹材残基等含多种纤维素物质均已成功进公司DF-1015;循环水式真空泵,巩义市予华仪器有行液化反应,在液化工艺上也采用了苯酚、多元醇等限公司SHz-DⅢ;旋转蒸发器,上海亚荣生化仪器多种液化方法近年来,国内外学者在竹材液化制RE-52AA备高分子材料方面有一定的进展,而且竹材制备的聚2实验方法氨酯胶黏剂及聚氨酯泡沫具有很好的可降解性,同2实验方法时也为替代石油制品的高分子材料创造了新型的途2.1竹粉液化方法称取5g竹粉装入250m1的三颈烧瓶中,按设定比本文是以竹材加工废弃物竹粉为原料,采用分步例加入乙二醇和浓硫酸并混合均匀,装上搅拌器、冷研究的方法,探讨了反应温度、反应时间、质量比以及凝装置,并将其放入加热至预设温度的油浴锅中,开催化剂用量等因素对竹粉液化效率的影响启搅拌器并同时记录反应开始时间,待反应到预设时[收稿日期]2015-06-23[基金项目]广西教育厅科研项目(LX2014494);柳州师专科研创新团队建设项目“植物纤维素的机械活化改性与应用研究[作者简介]陈燕萌(1986—),广西陆川人,硕士,助教,研究方向:植物纤维的酯化及应用。[通讯作者]廖政达(1967—),广西象州人,教授,研究方向:天然植物纤维素的改性与应用研究。间时,将三颈烧瓶取出并迅速冷却至室温以终止反间设为30min、60min、9Omin、120min和150min.由图2可见当反应时间设为30min时,由于反应2.2竹粉液化率的测定时间较短,液化率仅为6921%;当将反应时间延长至液化反应结東后,将液化产物用布氏漏斗进行减120min时,液化率则上升至82.57%;当反应时间从压抽滤,用无水乙醇洗涤残渣至滤液变为无色.将滤120min上升至150min时,液化率高达85.23%.随着反纸及残渣一起放入烘箱中于100±5℃下烘干至恒重.应时间的增加,液化效率呈现显著上升的趋势并采用以下公式计算竹粉的液化率:Y1=(m-m)/m×100%式中,m,为竹粉液化残渣4质量(g);m为液化前竹粉质量(g);Y为竹粉液化率%)这23竹粉液化的正交法试验及最佳工艺条件的确定在进行正交设计之前,为了确定反应温度、,反应78时间质量比(乙三醇与竹粉)以及催化剂用量等因素2单独作用下对竹粉液化效率的影响,先采用单因素试验方法,然后采用L(34)正交试验方法研究反应温度(A)、反应时间(B)、乙二醇与竹粉质量比(C)、催化剂用量(D)的交互作用对竹粉乙二醇液化效果的影响从而确定竹粉液化的最佳工艺条件20304050607080901001101201301401501603结果分析图2反应时间对竹粉液化效率的影响3.1单因素结果分析3.1.1反应温度对竹粉液化率的影响取乙二醇与竹粉质量比为6:1,反应时间为60min,催化剂浓硫酸的用量为5%(与乙二醇质量比)的条件下,液化反应温度设为90℃、110℃、130℃、150℃和170℃进行液化反应由图1可见,在反应温度为90℃时,由于体系反应温度过低,液化率较低,仅为2692%;当反应温度上升至170℃时,液化率也开始上升至7869%.可见随着反应温度的升高,液化效率显著增高,选择170℃进行液化时为最佳的反应温度nass rati图3质量比对竹粉液化率的影晌3.13乙二醇与竹粉质量比对竹粉液化率的影响取反应温度为150℃、反应时间为60min、催化剂用量为5%的条件下,乙二醇与竹粉的质量比设为4:15:1、6:1、7:1和8:1下进行液化反应得出的曲线图由图3可见,竹粉液化率随着乙二醇与竹粉质量比的变化而变化.当质量比为4:1时,液化效率为61.21%;当质量比达到7:1时,液化率达到最高为8877%;当质量比加大至8:1时,液化率呈现逐渐下降8090100110120130140150160170180的趋势3.1.4催化剂用量对竹粉液化率的影响图1不同温度条件下竹粉的液化效率研究取反应温度为150℃、质量比为6:1、反应时间设3.1.2反应时间对竹粉液化率的影响定为60min,分别在不同催化剂用量(2%、3%、4%、5%取乙二醇与竹粉质量比为6:1,反应温度为和6%)下进行液化反应得出的曲线图150℃,催化剂浓硫酸的用量为5%的条件下,反应时由图4可见,浓硫酸可以促进竹粉的液化反应153竹粉液化率随着催化剂用量的变化而变化试验中发从正交试验结果表中可知,竹粉乙二醇液化过程现,当反应体系的催化剂浓硫酸的用量为2%时,液化中,影响最大的是反应温度,其次是反应时间,再次是率仅为69.54%;随着催化剂用量的增加.液化反应明质量比,最后是催化剂用量.竹粉液化的最优工艺条显改善,当反应体系的催化剂浓硫酸的用量为6%时,件为A3B2C3D2,即选择液化反应温度170℃,液化时液化率达到最大值,为78.13%.对竹粉液化率的影响,间9omin,乙二醇与竹粉质量比值6:1,催化剂用量6%其结果见下图4所示的条件.在此条件下,经过重复性试验,得到竹粉的液化率为98.13%4结论在竹粉乙二醇液化过程中,研究发现,在试验范围内,反应温度越高、反应时间越长、乙二醇用量越7大、浓硫酸用量越高,则竹粉液化效果会更好.但在实际生产过程中,需要考虑诸多因素,如:能源消耗的问题、研究成本的价值等因素会影响获利,也达不到节能减排的效果.因此,在反应过程中要控制反应的温度、乙二醇的用量和浓硫酸的用量从单因素试验以及正交试验的结果表明,竹粉乙二醇液化反应过程中,影响液化效果最为显著的因素是反应温度,其次是反应时间,再次是乙二醇竹粉质图4催化剂用量对竹粉液化率的影响量比以及催化剂的用量竹粉液化最佳工艺条件为3.2正交结果分析反应温度170℃,反应时间90min,乙二醇竹粉质量比表1正交试验因素及水平设计6,催化剂用量6%,在此条件下,竹粉液化率可达到BC序反应温度反应时间催化剂用量乙二醇与竹竹纤维的结构相对比较复杂,在一定条件下通过号 Temperature Time Catalyst amount粉质量比化学反应将其进行液化降解,转化为可利用的小分子Quality ratio化合物,为其在合成新型材料上的应用提供了广阔的1231701207:1[参考文献]表2正交设计及试验结果[1]江泽慧,费本华,范少辉积极发展竹产业大力推进生态文因素 factors明建设[J]国家林业局管理干部学院学报,2014(2):12-16.B试验竹粉[2]方红霞,潘健,吴强林,等竹基剩余物高值转化技术与材料序号反应温度反应催化液化率化应用[J].现代化工,2010,30(1):78-81时间剂用质量比temperature3]廖政达,蓝峻蜂,谢济运.甘蔗渣苯酚液化的工艺研究[J℃)time catalyzer Quality rati徽农业科学,2011,39(22):13501-13505[4]卢婷婷,房桂干,王戈,等.竹材废料液化及其产物在聚氨酯1204565646材料中的应用研究[J].黑龙江造纸,2013(4[5]柴希娟,罗儒芳聚乙二醇中竹粉液化的工艺研究[J].西150林业大学学报,2011(31):83-86150590.886]傅深渊,马灵飞,李文珠竹材液化及竹材液化树脂胶性能15090.05研究[J]林产化学与工业,2004(24):42-46[7]杨小旭,庞浩,张容丽,等竹粉在多元醇中热化学液化的研究[J].聚氨酯工业2008,23(5):16-1912095.33[8]廖政达,黄祖强,胡华宇,等机械活化木薯酒糟苯酚液化物8293383.91383.800合成酚醛树脂的研究[J].江苏农业科学,2011,39(3)8987085.23084.107380-383.95.58784.21084.35384.143[9]王宁,田春荣,王建华,等水稻秸秆的液化研究[J].化工新8.6702.20.63型材料,2013,41(9):132-135154[10]肖卫华,李振宁,牛文娟,等.玉米秸微波液化合成可生物lI9l-1194降解聚氨酯泡沫研究[J.农业机械学报,2013,44(3):[13徐莉莉,廖兵,年福伟,等.竹粉的多元醇液化及其在半硬24-128.质聚氨酯泡沫中的应用[J].林产化学与工业,2013,33(6)[1]张金萍,杜孟浩,王敬文竹粉苯酚液化物制备酚醛泡沫塑48-54料技术研究[J.安徽农业科学,2010,38(28):[14]方红霞,孙金余,吴强林,等竹纤维素微粉的结构与性能15710-15713研究[J.纤维素科学与技术,2011,19(1):29-3412]张金萍,杜孟浩,王敬文不同液化条件对毛竹粉多元醇液5]杨小旭,庞浩,张容丽,等竹粉热化学液化的在线红外光化产物分子量的影响[J江西农业大学学报,2010,32(6)谱分析[J应用化学,2009,26(2):187-192On Optimization of Bamboo Powder ethylene glycol Liquefaction TechnologyCheN Yanmeng, QIAN Shanqin, WEN Sheng, YU Lan, LIAO ZhengdaDepartment of Chemistry and Biology, Guangxi Science Technology Normal University, Laibin, Guangxi, 546199 ChiAbstract: In order to study the optimization of bamboo powder ethylene glycol liquefaction technology, the effects of reaction temperaure, reaction time, catalyst amount, mass ratio between ethylene glycol and bamboo powder are studied through single factor tests, and optimum liquefaction technology conditions are determined by orthogonal experiments. In the process of liquefaction of bamboo powder ethylene glycol, reaction temperature is the most significant factor, followed by reaction time, mass ratio, and catalyst amount. All results indicate the optimum liquefaction conditions as follows: liquefaction reaction temperature is 170C, liquefaction time is 90 min, mass ratio belylene glycol and bamboo powder is 6 and catalyst amount is 6%Key words: bamboo powder; ethylene glycol; liquefaction technology; optimization(责任编辑:李洁坤)(上接第160页)[参考文[1]谢金星.优化建模 LINDO/LINGO软件[M].北京:清华大学出版社,2005:38-40[2]袁新生 Lingo和 Excel在数学建模中的应用[M].北京:科学出版社,2007:159-160[3]邓先礼.最优化技术[M].重庆:重庆大学出版社,2002(3):2-34]陈生,田宏秀,黄天强. Excel规划求解在决策分析中的应用[J].吉首大学学报:自然科学版,2006,27(2):37-385]顾运筠. Excel规划求解的两类应用[J].计算机应用与软件,2005,22(1):138-139On the Programming Solution of Excel and Its applicationin Optimization problemKIE YongshengGuangxi Science Technology Normal University, Laibin, Guangxi, 546199 China)Abstract: Optimization problem solving often use the professional software of Lingo, Mathematica and MATLAB, which needs a cer-d office software Excel also has the ability to calculateper explores the methods and steps with Excel programming solver tool to solve the optimization problem by real example. The result showKey words: Excel; programming solution; optimization; application(责任编辑:李洁坤)