糠醛安全高效生产及其反应体系周边废物的处理
及其反应体系周边废物清洁处理
摘要：一步法制备糠醛最初使用助催化剂fe2o
3、zro
2、zno、硫化与非硫化的tio2参与反应，其中非硫化的tio2催化效果最好。随着生产要求的提高，糠醛生产方式由一步法发展到两步法再到五塔精馏法，创新性的糠醛生产方式包括果糖低温快速裂解制备糠醛和介孔分子筛（mcm-41-so3h）催化木糖脱水制备糠醛，后者在木糖与催化剂的质量比为0.8、反应温度维持170℃、反应时间4h时，木糖转化率为83.4%，生成糠醛的选择性为76.7%，糠醛的收率可以达到64.0%。糠醛水解脱水过程中会产生大量废水，采用中空纤维膜蒸馏技术，对糠醛废水进行膜蒸馏处理的实验研究，结果表明：设定条件下，经过12h的运行，废水中算的除去率可达76.3%；在低温运行条件下，内置式sbr腐殖活性污泥工艺对于生产糠醛的废水中氨和氮元素的去除有较好的效果。对糠醛生产过程中各环节的废气排放采取一定措施，减轻对环境的影响。
关键词。糠醛；一步法；低温快速裂解；介孔分子筛；膜蒸馏；sbr；废气处理。
糠醛（furfural）又名呋喃甲醛，是一种重要的杂环类有机化合物。纯净糠醛是无色液体，有特殊香气，密度1.1598，折射率1.5261，其熔点为-38.7℃，沸点161.7℃。工业糠醛为褐色液体，大多用于生产电绝缘原料、合成橡胶、呋喃西林等，并用做防腐剂和香烟香料等。同时，糠醛是一种优良的溶剂，可应用于精炼石油、精制润滑油、提炼油脂和溶解硝酸纤维素等。
目前，工业制备糠醛主要是采用玉米芯、甘蔗渣等富含戊聚糖的生物质为原料，在酸性条件下，水解得到以木糖为主的单糖，再进一步环化生成糠醛。
一、糠醛生产工艺的发展
1.一步法制备糠醛
1922年，美国quakeroats公司首先以燕麦壳为原料实现了糠醛的工业化生产，糠醛收率达到52.26%。有学者研究了无机酸催化条件下影响糠醛收率的主要因素，为进一步优化生产条件奠定了一定的基础。一步法酸催化中影响糠醛收率的主要因素包括：酸的浓度、液固比、固体颗粒大小，同时比较了加入助催化剂fe2o
3、zro
2、zno、硫化与非硫化的tio2时的效果。结果表明非硫化的tio2使糠醛收率得到很大的提升，这推动了生物质制备糠醛工业化生产中固体催化剂作用的研究。
图1
糠醛一步法制备的反应机理
由于硫酸、盐酸、硝酸等液体催化剂在使用过程中不仅对反应设备有一定的腐蚀，同时反应体系中伴随的强放热过程会造成反应物的局部过热，还可能伴随着异构化反应和聚合反应等副反应的发生，一定程度上降低了产物的选择性，也增加了后期提纯的工作量。由此，国内外学者开始了对固体酸催化剂的研究。daengprasert等学者利用磺化的羰基催化剂催化木薯，制备羟甲基糠醛和糠醛，并且做出了明确的生物质水解及脱水路线，如图2所示。
分子筛作为固体酸的代表，具有规整的孔分布，极高的比表面积和良好的热稳定性，可调变的酸位中心，其最明显的性质是择形催化，这一性质在炼油工艺和石油工业生产中取得了广泛的应用。
2.一步法以后的工艺发展
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