浅谈生物质转化制糠醛及其应用.doc

1、浅谈生物质转化制糠醛及其应用摘要:本文介绍了生物质转化和糠醛的基本知识，分析了糠醛的生产技术和生产方法，并对糠醛的应用进行了综述。 关键字：生物质 糠醛 应用 中图分类号：G633.91 文献标识码：A 前言 糠醛（Furfural）又称 2-呋喃甲醛，是一种杂环有机化合物，无色或琥珀色，透明油状液体，有类杏仁的气味。相对密度 1. 16，闪点为60C，熔点-36. 5C，沸点 161. 1C。在室温下微溶于水，溶于热水、乙醇、乙醚和苯，在空气中会发生氧化反应，颜色黄色至棕色至棕褐色，化学性质与甲醛相似。玉米芯、葵花籽壳、麦秆、高粱秆等农副产品是生产糠醛的主要原料。糠醛是一种由生物质水解得到的

2、重要的有机化工原料, 是一种可再生的、绿色的化工产品。 生物质转化 太阳能在生物质中是以化学能的形式储存后转化为生物质能。生物质能是一种可再生能源，我国的生物质资源十分丰富,资源总量约为我国目前石油消耗量的 3 倍。其中，在农作物和农副产品中的储量每年就高达 7 亿多吨，家畜饲料、农作物肥料以及工业原料只能利用 30%的储量，剩余约 60%的能量可以作为它用。随着化石等不再生能源的大量消耗，能源储量越来越少。面对如此严峻的能源形势，开发可再生能源、更新能源结构问题成为研究的热点，生物质能的开发利用受到了广泛关注。利用可再生的农林剩余物生产高附加值的糠醛生物质转化技术的研究也因此受到重视。 生物

3、质转化的实质是从生物质中分离出糖。这类糖经过不同的加工处理后可以转化为具有附加值的产品。生物质转化可以向市场提供高附加值的产品，也可以为工业提供价值相对较低的化学品、燃料和能源。淀粉是玉米、小麦高粱等农副产品的主要组分，可以通过一系列催化酶将其分解游离的葡萄糖。 生物质转化过程分为预处理和酶水解两个主要处理过程。首先对生物质原料进行预处理，得到纤维素和半纤维素，然后增加酶水解阶段，得到最终需要的碳水化合物和木素，转化流程如图 1 所示。生物质的转化技术很多，目前主要有直接燃烧、生物发酵和热化学转化等。 图 1 生物质转化流程简图 糠醛的生产技术和流程 按高聚糖水解和糠醛的形成过程，制取糠醛的方

4、法可以分为一步法和两步法。 3.1 一步法生产糠醛 一步法是指戊聚糖水解和戊糖脱水生成糠醛两步反应，在同一个反应釜内一次完成的，具体流程参见图 2。该方法操作简单易行，生产设备投资少，在糠醛生产中应用较为广泛。随着技术的不断发展，一步法生产糠醛多采用多釜串联以及连续生产工艺，替代了最初的单釜蒸煮工艺。根据催化剂种类的不同主要包括盐酸法、硫酸法、改良硫酸法、醋酸法、无机盐法 5 类。 图 2 一步法糠醛生产工艺流程示意图 一步法生产工艺多采用水蒸气气提法移出反应中生成的糠醛,蒸汽消耗量大，原料利用率低，废水废气等污染严重。根据我厂情况是将糠醛渣再利用，用于电厂发电。 3.2 两步法生产糠醛 两步

5、法糠醛生产工艺的重心是将原料中的纤维素和半纤维素分离开，然后分别加以处理利用。纤维素可制葡萄糖或乙醇，半纤维素用来制糠醛。两步法是原料中的半纤维素水解生成戊糖和戊糖在较高温度条件下脱水环化生成糠醛在两个不同的反应器中完成。两步法是戊聚糖先在100左右水解生成戊糖，之后戊糖再在较高温度条件下脱水环化生成糠醛。第一步戊聚糖水解生成戊糖反应的条件温和，工艺已经很成熟,戊糖收率达到 95%以上，两步法工艺研究的重点在于对第二步，即戊糖脱水环化生产糠醛的研究过滤后的残渣再经水解、发酵得到乙醇；利用残渣生产纸浆。两步法糠醛生产工艺较为复杂，设备投资较高，但是糠醛收率能达到 70%以上，可以显著提高经济效益

6、。具体生产流程参见图 3。 图 3 两步法糠醛生产工艺流程示意图 两步法工艺较为复杂，设备投资高，第二步脱水的工艺条件不是十分成熟，应用范围有待扩大。 糠醛的应用 糠醛主要用于制造糠醇、呋喃树脂和选择性溶剂，还有一部分用于医药、农药等。当前糠醛的应用主要有： 糠醛加氢制糠醇。糠醇又名呋喃甲醇，为无色、具有特殊气味、易流动的液体，是糠醛最主要的下游产品之一，全世界生产的糠醛有 50%用于生产糠醇，它具有羟甲基的特性，可发生聚合、羟甲基化、烷氧基化等多种化学反应，主要用于制备呋喃树脂，用作汽车、拖拉机等内燃机铸造工业的热射芯盒、砂黏合剂，以提高铸件质量和促进铸造过程的机械化和自动化，此外还可用作呋

7、喃树脂、清漆、颜料的溶剂和火箭燃料，用于合成营养药物果糠酸钙的中间体乙酰丙酸等。另外糠醇还可以用来生产四氢糠醇，它的溶解能力很强，一般用作树脂和燃料的溶剂。 糠醛加氢制呋喃、四氢呋喃。糠醛经过真空精馏、脱羰基等可以制得呋喃，呋喃加氢可制得四氢呋喃。呋喃是一种重要的化学合成原料，可用于制备四氢呋喃、药物、除草剂、稳定剂和洗涤剂等。而四氢呋喃是一种重要的有机化工原料，用于制备丁二烯、涤纶、聚丁二醚醇、四氢噻吩等，还是一种良好的溶剂，参与格氏反应、聚合反应、酯化反应和缩合反应等，另外四氢呋喃还可以发生自聚及共聚反应，制取聚醚型聚氨酯弹性体。 糠醛在食品、医药、农药、香料、树脂及纤维合成方面的应用。糠

8、醛氧化生成的糠酸和还原生成的糠醇都可用作防腐剂，它们也都是合成高级防腐剂的原料;以糠醛为原料已合成了 200 多种医药和农药产品，广泛用作灭菌剂、杀虫剂、杀螨剂和呋喃抗癌药等;在合成香料方面，以糠醛为原料直接或间接合成的香料产品达数百种，它们作为香味修饰剂和增香剂广泛应用于食品、饮料、化妆品等行业;用糠醛作原料可合成多种耐高温、机械强度好、电绝缘性优良并耐强酸、强碱和大多数溶剂腐蚀的树脂;糠醛还是合成各种尼龙和呋喃涤纶的原料，糠醛以锌-铬-钼催化剂脱羰基再加氢得四氢呋喃，其与一氧化碳可合成己二酸，再用己二酸合成己二胺，最终生产尼龙 66。 糠醛用于合成可生物降解的高分子化合物。2009 年,

9、Jennings 等用糠醛合成可生物降解的高分子聚合物,他们用紫外线激发糠醛的衍生物呋喃和 5-溴-2-糠醛,通过光化学反应合成联二呋喃,这种化合物可用来合成具有良好的机械性能和热阻性质的可生物降解的高分子化合物。实验研究表明这.种方法可使联二呋喃得率达到 50% 60%，另外他们还将对脱保护的联二呋喃转化成乙醇的实验进行研究。 结语 科学、高效、合理的开发利用新能源是国家社会科学发展的基础。因此研究开发生物质能，综合利用生物质能不仅可以获得高附加值的产品，缓解资源枯竭的危机，还可以减少环境污染，是实现社会、环境生态发展和可持续发展的有效措施。随着糠醛工业的发展以及原料综合利用要求的提高，积极

10、发展两步法糠醛生产技术具有重要的经济和环保意义。 参考文献 黄小雷，吴严亮.生物质转化法生产燃料和化学品的潜力J. 国际造纸. 2011(02). 殷艳飞，房桂干,施英乔，邓拥军. 生物质转化制糠醛及其应用J. 生物质化学工程. 2011(01)：53-56. 王勇,邹献武,秦特夫. 生物质转化及生物质油精制的研究进展J. 化学与生物工程. 2010(09). 高美香，刘宗章，张敏华. 生物质转化制糠醛工艺的研究进展J. 化工进展.2013，04(05). 江俊芳.糠醛的生产及应用J.化学工程与装备, 2009(10): 137-139. 李凭力,肖文平,常贺英,等.糠醛生产工艺的发展J.林产工业, 2006, 33(2): 13-16.