史建超探究性实验报告1

稻壳制备糠醛的研究

史建超

一、实验研究的目的

1．探究常压下硫酸，无机盐催化稻壳水解制备糠醛的最佳参数；

2．了解稻壳制备糠醛的意义。

二、实验研究的背景

环境污染，能源危机等问题制约着经济的高速发展，迫使我们必须开拓新的领域，寻找新的能源替代方式。目前，生物质资源被认为是替代化石资源的最佳选择。生物质是指利用水、土地、大气等通过光合作用而产生的各种有机体[1]。我国种植水稻产量很大，给制备糠醛提供了大量的稻壳原料。合理利用稻壳制备糠醛很有经济价值。

三、实验原理

本实验所得糠醛是由稻壳中戊聚糖在硫酸作用下首先水解生成戊糖，生成的戊糖再经酸催化脱水而成，反应式为：

四、实验所用主要仪器设备和药品

1．仪器设备

循环水式多用真空泵(SHB-111A型，郑州长城科工贸有限公司)；电热恒温鼓风干燥箱(DGG-9053A型，上海森信实验仪器有限公司)；电子天平(JY10001，上海民桥精密科学仪器有限公司)；阿贝折光仪(GZ10-，北京东方德教育科技有限公司)

2．药品

三氯甲烷(分析纯，上海化学试剂有限公司)；硫酸(分析纯，上海申翔化学试剂有限公司)；无水三氯化铁(分析纯，靖江市明琪硫化铁有限公司)；无水三溴化铁(分析纯，靖江市明琪硫化铁有限公司)；无水氯化铝(分析纯，靖江市明琪硫化铁有限公司)；氯化钠(分析纯，江苏益林化工厂)；稻壳(自制)。

五、实验部分

1.实验装置图

2.实验步骤

（1）将稻壳洗干净，烘干，用粉碎机粉碎。

（2）如图一搭好装置。

（3)称取（量）一定量的粉碎了的稻壳及一定量稀硫酸，无机盐催化剂于250 mL三口烧瓶中，并加入几粒沸石；在分水器内加入适量三氯甲烷。

（4）用电炉加热三口烧瓶回流萃取一段时间。

（5）取分水器下层液蒸馏，待61 ℃左右馏分完全出后换减压蒸馏，取-0.1 MPa的真空度下60～70 ℃的馏分。取减压条件下得到的馏分称重，测沸点及折光率，并计算得率。

m理论=m稻壳w戊聚糖（nM戊糖/M戊聚糖）

η=m/m理论×100 %

六、结果与讨论

1 实验的影响条件

（1）催化剂的选择对糠醛得率的影响

取30g粉碎了的稻壳，120 g6 %的硫酸，加入3 g三氯化铁在100 ℃下反应8 h。其它

条件不变，分别以三溴化铁，三氯化铝，氯化钠代替三氯化铁得到的糠醛产率如图二所示。

图二 无机盐催化剂种类与糠醛得率关系

（2）硫酸浓度对糠醛得率的影响

取30g 粉碎了的稻壳，3 g 三氯化铁，120 g 硫酸，100 ℃的反应温度，反应时间8 h ，加入的硫酸的浓度与糠醛得率关系如图三所示。

图三 硫酸浓度和糠醛得率的关系

（3）反应时间对糠醛得率的影响

取30g 粉碎了的稻壳，3 g 三氯化铁，120 g8 %的硫酸，100 ℃的反应温度，在不同反应时间下糠醛得率如图四所示。

图四表明，反应时间在4～10 h 时,糠醛得率逐渐提高,反应时间在10 h 时糠醛得率达到较高值，但之后随着反应时间的增加糠醛得率基本不变。这是因为10 h 时反应基本完全，再反应生成的糠醛量很少。因此，最佳反应时间为10 h 。

糠醛得率/%

无机盐催化剂种类

糠醛得率/%

硫酸浓度/%

图四 反应时间和糠醛得率的关系

（4）反应液固比（硫酸与稻壳质量比）对糠醛得率的影响

取30g 粉碎了的稻壳，8 %的硫酸，100 ℃的反应温度，反应时间10 h ，加入硫酸的质量与糠醛得率关系如图六所示。

图五表明,反应的液固比在2～4时，随着液固比的增加糠醛得率也随之增加这可能是因为体系水分含量增加后，一方面稻壳和反应液混合得更加均匀，因而避免稻壳因局部过热引发半纤维素和戊糖的破坏；另一方面，H +和戊糖、半纤维素的接触面积增加，促进反应的进行。图五还表明，液固比大于5以后，糠醛得率下降了。这是由于糠醛在反应体系中存在固液平衡的关系。随着反应得进行，体系中水分含量不断增加，反应液中的糠醛含量也增加，导致糠醛无法随水蒸气带出，从而降低了糠醛得率。所以，在糠醛生产中应该控制好液固比，以稻壳为原料生产糠醛时液固比最好控制在5。

图五 液固比和糠醛得率的关系 2. 产品表征

实验所得产品为淡黄色油状液体，沸点：161～163 ℃，折光率：n D 20=1.5261。

七、 结论

糠醛得率/

%

反应时间/h

糠醛得率/%

液固比/1

本论文研究了硫酸，无机盐催化稻壳水解制备糠醛的试验。常压下采用反应-萃取的集成工艺，分别对无机盐催化剂的选择、硫酸浓度、反应时间、液固比（硫酸与稻壳质量比）四项参数进行了糠醛收率的研究。研究得出生产糠醛的最佳水解工艺参数为：三氯化铁和8 %浓度硫酸作催化剂，水解时间10 h，液固比5︰1。糠醛得率达到理论量的65 %。

[参考文献]

[1]王军.生物质化学品.北京：化学工业出版社，2008.