金屬鹽催化玉米秸稈制備乙酰丙酸的工藝研究.pdf

1、近年來，以玉米秸稈為原料制備平臺(tái)化合物乙酰丙酸(LA)方面受到了極大的關(guān)注，研究者在催化劑的選擇、工藝條件的優(yōu)化等方面做了大量的探索性工作。本文在前人工作的基礎(chǔ)上，以玉米秸稈為原料，采用金屬鹽為催化劑，在不同條件制備乙酰丙酸。在選擇合適的催化劑的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化工藝條件來實(shí)現(xiàn)最優(yōu)產(chǎn)率，并探討了反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)。
　　利用秸稈水解中常用的金屬鹽催化劑FeCl3，AlCl3，F(xiàn)eCl2等，在濃度為0.1mol/L、固液比1:9(w/w)以

2、及溫度為180℃條件下，對(duì)玉米秸稈進(jìn)行水解催化實(shí)驗(yàn)。在反應(yīng)時(shí)間90min時(shí)，F(xiàn)eCl3和AlCl3催化下得到最大乙酰丙酸的濃度分別為6.48g/L和7.63g/L，而FeCl2的催化效果比較差，最大乙酰丙酸的濃度僅為0.13g/L。然而，通過經(jīng)濟(jì)性比較，AlCl3的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于FeCl3，因此，本文最終選擇FeCl3為催化劑并開展后續(xù)的工作。
　　采用0.1-0.5mol/L的FeCl3，在中溫(160-200℃)下，以固液比1:

3、9(w/w)的比例對(duì)玉米秸稈制備乙酰丙酸進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，得出如下結(jié)論：在180℃，F(xiàn)eCl3為0.5mol/L，反應(yīng)時(shí)間40min時(shí)可得到最大LA濃度為16.14g/L。通過建立動(dòng)力學(xué)模型Ⅰ得到了不同產(chǎn)物的速率常數(shù)kGLN、kGLC1、kGLC2、kHMF，這些速率常數(shù)的變化趨勢都是隨著反應(yīng)溫度和催化劑濃度的升高而增大。通過改進(jìn)的阿累尼烏斯方程得到了各個(gè)速率常數(shù)的活化能，分別為77.55 kJ/mol，93.25 kJ/mol，94.04

4、 kJ/mol，42.86 kJ/mol。通過動(dòng)力學(xué)模型的預(yù)測，得出最大LA產(chǎn)率發(fā)生的條件是：溫度180℃，催化劑濃度為0.5mol/L，反應(yīng)時(shí)間21.28min，此時(shí)的乙酰丙酸最大產(chǎn)率是47.1％，這與此條件下LA產(chǎn)率的實(shí)驗(yàn)值48.89%接近。
　　盡管上述條件得到了較高的乙酰丙酸產(chǎn)率，但反應(yīng)時(shí)間較長。為了縮短反應(yīng)時(shí)間，本文通過提高反應(yīng)溫度來探討秸稈制備乙酰丙酸的產(chǎn)出情況。采用0.1-0.5mol/L的FeCl3，在高溫(220