甘蔗渣苯酚液化的工艺研究_廖政达

甘蔗渣苯酚液化的工艺研究廖政达，蓝峻峰，谢济运（柳州师范高等专科学校化学与生命科学系，广西柳州545004）摘要［目的］研究甘蔗渣苯酚液化的最佳工艺。

［方法］通过单因素试验考察了反应时间、反应温度、苯酚与甘蔗渣质量比、催化剂用量等对甘蔗渣液化率的影响，并通过正交试验确定最佳液化工艺。

［结果］在甘蔗渣苯酚液化过程中，反应温度对液化效果的影响最为显著，其次是反应时间，5% 8%催化剂用量对液化效果影响不大。

甘蔗渣苯酚液化的最佳工艺：催化剂用量7%，液化温度160ħ，苯酚与甘蔗渣质量比为6，液化时间110min 。

在此工艺下，甘蔗渣的液化率为98．67%。

［结论］该研究为甘蔗渣的综合利用提供了理论依据。

关键词甘蔗渣；苯酚；液化中图分类号TQ353．4+23文献标识码A 文章编号0517－6611（2011）22－13501－02Study on the Phenol Liquefaction Technology of BagasseLIAO Zheng-da et al （Department of Chemical and Life Sciences ，Liuzhou Teachers College ，Liuzhou ，Guangxi 545004）Abstract ［Objective ］The research aimed to study the optimum phenol liquefaction technology of bagasse．［Method ］By the single factor exper-iment ，the influences of reaction time ，reaction temperature ，mass ratio of phenol and bagasse ，catalyst amount on the liquefaction rate of bagasse were inspected．Moreover ，the optimum liquefaction technology was determined by the orthogonal test．［Result ］In the phenol liquefaction process of bagasse ，the influence of reaction temperature on the liquefaction effect was the most significant．Then ，it was the reaction time．The influence of 5%－8%catalyst amount on the liquefaction effect wasn ’t big．The optimum phenol liquefaction technology of bagasse ：the catalyst amount was 7%，the liquefaction temperature was 160ħ，the mass ratio of phenol and bagasse was 6，the liquefaction time was 110min．Under the technolo-gy ，the liquefaction rate of bagasse was 98．67%．［Conclusion ］The research provided the theory basis for the comprehensive utilization of bagasse．Key words Bagasse ；Phenol ；Liquefaction基金项目广西教育厅科研立项项目（200911LX467）；柳州师专科研基金项目（LSZ2008A003）。

作者简介廖政达（1967－），男，广西象州人，高级实验师，硕士，从事化学课程教学和基本有机化工研究，E-mail ：lzszliaozhengda @163．com 。

收稿日期2011-04-26甘蔗渣（Sugarcane Bagasse ，SCB ）是甘蔗经机械压榨，浸提后所剩余的残渣，约占榨量的24% 27%，主要含纤维素、半纤维素和木质素等［1］。

甘蔗渣是制糖工业的主要副产品，是农业固体废弃物的一种，也是一种可再生资源［2］。

这一巨大的天然植物纤维资源除了用于造纸、人造板和包装材料外［3］，相当一部分都是直接烧掉或废弃，因而造成了资源的极大浪费。

由于甘蔗渣分子结构的特殊性，直接利用困难较大，若采用化学方法将其液化后制成新型的化工材料，将为甘蔗渣的综合利用开辟一条新的途径。

为此，笔者以甘蔗渣为原料，苯酚为液化剂，探究甘蔗渣苯酚液化的工艺，为甘蔗渣的综合利用提供理论依据。

1材料与方法1．1材料甘蔗渣取自广西柳州柳兴制糖有限公司。

苯酚（广东台山粤侨试剂塑料有限公司），化学纯；98%浓硫酸，化学纯。

电子天平、水循环真空泵、恒温油浴锅等。

1．2方法1．2．1苯酚液化工艺。

1．2．1．1原料的准备。

将去除杂质和干燥的甘蔗渣粉碎，过40 80目筛，然后置于恒温干燥箱中，在（85ʃ3）ħ下恒温干燥12h ，取出，放入干燥器中存留备用。

1．2．1．2甘蔗渣的液化。

把苯酚、浓硫酸、甘蔗渣等按照一定的质量比加入装有冷凝器的250ml 三口烧瓶中，并将其放入预设好温度的油浴锅中加热，开启搅拌器，记时。

待反应达到预定时间后，停止加热，关闭搅拌器，取出反应器，迅速冷却至室温。

1．2．2正交试验。

先采用单因素试验法确定反应温度、反应时间、苯酚与甘蔗渣质量比及催化剂用量等因素单独作用下的显效作用范围，然后采用L 9（34）正交试验方法探究反应温度（A ）、质量比（B ）、反应时间（C ）、催化剂用量（D ）的交互作用对甘蔗渣苯酚液化效果的影响，以确定甘蔗渣液化的最佳工艺条件。

因素水平见表1。

1．2．3甘蔗渣液化率的测定。

将甘蔗渣苯酚液化产物用无水乙醇稀释，然后用砂芯漏斗减压过滤，再用无水乙醇洗涤残渣，直至滤液变成无色。

将砂芯漏斗及残渣一起放入干燥箱中于（103ʃ2）ħ下干燥8h ，取出残渣，置于干燥器中冷却至室温，称取残渣的质量，并计算甘蔗渣的液化率：Y L =（m 0－m r ）/m 0ˑ100%。

式中，m r 为甘蔗渣液化残渣质量（g ）；m 0为液化前绝干甘蔗渣质量（g ）；Y L 为甘蔗渣液化率（%）。

2结果与分析2．1单因素试验结果2．1．1反应时间对液化效果的影响。

当苯酚与甘蔗渣的质量比为5ʒ1，催化剂用量（与苯酚的质量比）为3%，反应温度为120ħ时，考察反应时间对甘蔗渣液化率的影响，如图1所示。

在反应开始的50min 内，甘蔗渣液化率为62．39%；当反应时间为90min 时，甘蔗渣液化率上升到87．92%，增加了25．53%。

继续延长反应时间到130min ，甘蔗渣的液化速率缓慢上升，仅提高了2．25%。

由此可见，甘蔗渣的液化效果在90min 以下的时间内非常明显。

随着液化反应时间的延长，液化反应速率趋于平缓，这可能是由于反应体系中未反应完全的苯酚与反应生成的小分子物质重新聚合的结果。

Lin 等采用硫酸作催化剂对木材进行苯酚液化，结果发现，在液化反应的初级阶段，液化效果较为显著［4］。

试验结果与这一结论基本一致。

2．1．2反应温度对液化效果的影响。

苯酚ʒ甘蔗渣（m ʒm ）为5ʒ1，催化剂用量为3%，反应时间为50min 时，考察反应安徽农业科学，Journal of Anhui Agri．Sci．2011，39（22）：13501－13502，13505责任编辑宋平责任校对李岩温度对甘蔗渣液化率的影响，结果见图2。

随着反应温度的升高，甘蔗渣液化率的总趋势不断提高，但在不同的温度范围内，其液化率上升的幅度并不相同。

甘蔗渣的液化结果可分为2个阶段：①80 120ħ时，甘蔗渣的液化反应速度较快，液化率提高了43．53%；②120 160ħ阶段，液化率仅上升了3．91%，液化率曲线变化趋于平缓，液化反应效率趋于稳定。

这与戈进杰等用硫酸作催化剂，苯酚液化玉米棒的研究结果［5］基本一致，即反应温度对液化率的影响在反应的初期阶段非常显著。

图1反应时间对液化效果的影响Fig．1Effect of reaction time on SCBliquefaction图2反应温度对液化效果的影响Fig．2Effect of reaction temperature on SCBliquefaction图3催化剂用量对液化效果的影响Fig．3Effect of catalyst amount on SCB liquefaction2．1．3催化剂用量对液化效果的影响。

催化剂可以促进甘蔗渣纤维液化反应的进行，强酸性催化剂用量的不同，对液化反应效率的影响也不一样。

试验考察了反应温度为120ħ，反应时间50min ，苯酚与甘蔗渣质量比值为5ʒ1时，不同催化剂的用量对甘蔗渣液化率的影响，结果如图3所示。

随着催化剂用量的增加，甘蔗渣液化率的总趋势也在不断提高。

催化剂用量对液化率的影响大致也有2个阶段：①催化剂用量为3% 5%时，对甘蔗渣液化率的影响最为显著。

当催化剂用量为3%时，液化率为62．39%；催化剂用量增加到5%时，液化率为74．88%，提高了12．49%。

②催化剂用量从5%增加到7%时，液化率仅提高了1．08%。

Alma 等的研究指出，以硫酸为催化剂将木材进行苯酚液化，当催化剂用量由0．5%增加到3．0%时，木材的液化率上升较快，为76．00%，继续增加催化剂的量，液化率上升已不再显著［6］。

试验结果与该结论基本一致。

2．1．4质量比对液化效果的影响。

液化反应时间90min ，催化剂用量4%，反应温度120ħ，考察了不同质量比对甘蔗渣苯酚液化效果的影响，如图4所示。

当苯酚与甘蔗渣的质量比在3 4时，液化率的提高较为快速，为34．54%；质量比超过4时，液化率的提高趋于缓慢。

增加质量比会增大体系中未反应苯酚的含量。

因此，甘蔗渣苯酚液化反应的适宜质量比为4 7。

图4质量比对甘蔗渣液化的影响Fig．4Effect of phenol and SCB mass ratio on liquefaction2．2正交试验结果由表1可知，甘蔗渣苯酚液化过程中，对其液化效果影响最大的是反应温度，其次是反应时间，再次是质量比，最后是催化剂用量。

甘蔗渣液化的最优工艺条件为A 3B 3C 2D 3，即液化反应温度160ħ，液化时间110min ，苯酚与甘蔗渣质量比值6，催化剂用量7%。

在此条件下，经过重复性试验，得到甘蔗渣的液化率为98．67%。