成都信息工程学院大学生创新性试验计划.ppt

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1、成都信息工程学院大学生创新性试验方案工程申请表工程申请表工程名称：工程名称：废弃农作物下游产品糠醛的转废弃农作物下游产品糠醛的转化利用化利用工程所属一级学科：环境工程工程所属一级学科：环境工程工程负责人：工程负责人：任红任红 环境工程环境工程081工程承担学院：工程承担学院：资源环境学院资源环境学院指导教师：指导教师：徐成华徐成华/教授教授 申请时间：申请时间：2021-9-10成都信息工程学院大学生创新性实验方案工程申请表工程负责人信息指导老师信息指导老师信息参研学生信息参研学生信息研究的目的 1.1.由于农业作业方式改变以及农民生活水平的由于农业作业方式改变以及农民生活水平的提高，一些农村

2、地区或以农业为主的国家将农作提高，一些农村地区或以农业为主的国家将农作物副产品如玉米芯、秸杆、棉籽壳、稻壳、麸皮物副产品如玉米芯、秸杆、棉籽壳、稻壳、麸皮等付之一炬，而对环境产生了极大的危害。例如，等付之一炬，而对环境产生了极大的危害。例如，直接燃烧秸秆，增加了空气中烟尘、颗粒物和其直接燃烧秸秆，增加了空气中烟尘、颗粒物和其他污染的浓度，导致空气质量下降，同时，污染他污染的浓度，导致空气质量下降，同时，污染大气，降低大气能见度。并且，大量化学能转变大气，降低大气能见度。并且，大量化学能转变为热能白白浪费。例如，我国为热能白白浪费。例如，我国0707年的利用率只年的利用率只有有40%40%，其他

3、的都直接燃烧，这样的作法明显对，其他的都直接燃烧，这样的作法明显对环境产生了极大的影响，也威胁了人类的生存。环境产生了极大的影响，也威胁了人类的生存。试想，所有国家的利用率都比较低，那不久的将试想，所有国家的利用率都比较低，那不久的将来，这个世界将是何其的灰。来，这个世界将是何其的灰。事实上，这些农作物废弃物中大多含有半纤维素多聚戊糖，它们可在一定温度和催化剂作用下生产糠醛，其糠醛理论收率在10%左右。同时，一些农副产品还可加工成麦芽糖、木糖醇、羧甲基纤维素钠等化工产品，从而将其变废为宝。比方利用稀硫酸水解秸秆过程中会有糠醛类物质产生，这也是工业上生产糠醛类物质的主要方法。但糠醛的市价并不高，

4、我们需要找到适当的方法，合理的利用糠醛，得到市场上紧缺的物质，这样就会变废为宝，获得较高的收益，同时，也保护了环境。这样，也会给农民带来切身利益，因此本工程的实施将具有重要的经济效益和社会效益。主要研究内容1 1糠醛催化加氢联产糠醇、糠醛催化加氢联产糠醇、2-2-甲基呋喃、甲基呋喃、2-2-甲基四甲基四氢呋喃、四氢糠醇、戊二醇的研究氢呋喃、四氢糠醇、戊二醇的研究目前糠醇催化加氢催化剂主要以负载型目前糠醇催化加氢催化剂主要以负载型Cr-NiCr-Ni催化催化剂，其加氢工艺主要是采用间歇式，加氢压力剂，其加氢工艺主要是采用间歇式，加氢压力30atm30atm以上、加氢温度以上、加氢温度200oC2

5、00oC、加氢时间、加氢时间2h2h以上，以上，其产物主要为糠醇。该工艺虽然具有糠醛转化率其产物主要为糠醇。该工艺虽然具有糠醛转化率高高98%98%，糠醇选择性达，糠醇选择性达98%98%以上，然而所采以上，然而所采用的催化剂中含用的催化剂中含CrCr，而废催化废催化剂的回收得，而废催化废催化剂的回收得用价值不高，因此废弃催化剂可能会引起环境污用价值不高，因此废弃催化剂可能会引起环境污染。因此本工程方要的研究内容为：染。因此本工程方要的研究内容为：1无无Cr加氢催化剂的开发加氢催化剂的开发主要以主要以Cu、Ni、Mo为催化活性物种，在为催化活性物种，在我们前期合成新型层状催化材料的根底上，我们

6、前期合成新型层状催化材料的根底上，制备出无制备出无Cr的含的含Cu、Ni、Mo或其中两至或其中两至三种的新型复合氧化物材料，作为糠醛催三种的新型复合氧化物材料，作为糠醛催化加氢催化剂。要求其主要功能为催化加化加氢催化剂。要求其主要功能为催化加氢、加氢脱水的功能，以期其在糠醛催化氢、加氢脱水的功能，以期其在糠醛催化加氢反响中联产糠醇、加氢反响中联产糠醇、2-甲基呋喃、甲基呋喃、2-甲甲基四氢呋喃、四氢糠醇、戊二醇等高附件基四氢呋喃、四氢糠醇、戊二醇等高附件值产物。值产物。2 2加氢工艺的研究加氢工艺的研究加氢工艺的研究加氢工艺的研究研究糠醛在间歇式反响器、固定床连续加氢反响装研究糠醛在间歇式反响

7、器、固定床连续加氢反响装研究糠醛在间歇式反响器、固定床连续加氢反响装研究糠醛在间歇式反响器、固定床连续加氢反响装置中的工艺条件置中的工艺条件置中的工艺条件置中的工艺条件a.a.间歇式反响器中重点研究催化剂种类及其用量、间歇式反响器中重点研究催化剂种类及其用量、间歇式反响器中重点研究催化剂种类及其用量、间歇式反响器中重点研究催化剂种类及其用量、氢气压力、加氢温度、溶剂种类及其用量、搅拌速氢气压力、加氢温度、溶剂种类及其用量、搅拌速氢气压力、加氢温度、溶剂种类及其用量、搅拌速氢气压力、加氢温度、溶剂种类及其用量、搅拌速率及加氢时间等工艺条件对糠醛加氢转化率以及各率及加氢时间等工艺条件对糠醛加氢转化

8、率以及各率及加氢时间等工艺条件对糠醛加氢转化率以及各率及加氢时间等工艺条件对糠醛加氢转化率以及各产物分布的影响规律进行研究。同时，在最优催化产物分布的影响规律进行研究。同时，在最优催化产物分布的影响规律进行研究。同时，在最优催化产物分布的影响规律进行研究。同时，在最优催化剂条件下，对糠醛催化加氢的宏观动力学进行研究。剂条件下，对糠醛催化加氢的宏观动力学进行研究。剂条件下，对糠醛催化加氢的宏观动力学进行研究。剂条件下，对糠醛催化加氢的宏观动力学进行研究。b.b.固定床连续催化加氢工艺中主要研究在低压下固定床连续催化加氢工艺中主要研究在低压下固定床连续催化加氢工艺中主要研究在低压下固定床连续催化加

9、氢工艺中主要研究在低压下催化剂种类、催化剂种类、催化剂种类、催化剂种类、H2/H2/醛比、反响温度、空速等工艺条醛比、反响温度、空速等工艺条醛比、反响温度、空速等工艺条醛比、反响温度、空速等工艺条件对糠醛转化率及各产物分布的影响件对糠醛转化率及各产物分布的影响件对糠醛转化率及各产物分布的影响件对糠醛转化率及各产物分布的影响规律进行研究。规律进行研究。规律进行研究。规律进行研究。2 糠醛废渣的利用糠醛废渣的利用在富含半纤维素废弃物农作物生产糠醛工艺在富含半纤维素废弃物农作物生产糠醛工艺中所产生的废渣中除含局部有水分外，还含中所产生的废渣中除含局部有水分外，还含有大量的纤维素等有机物质，它们可在风

10、干有大量的纤维素等有机物质，它们可在风干后经炭化、活化后制成活性炭产品。本工程后经炭化、活化后制成活性炭产品。本工程拟对采用水蒸汽活化的方法将糠醛渣制备活拟对采用水蒸汽活化的方法将糠醛渣制备活性炭进行研究。其研究内容主要包括性炭进行研究。其研究内容主要包括1活活化温度对活性炭物化性能的影响；化温度对活性炭物化性能的影响；2水蒸水蒸汽通量对活性炭物化性能的影响；汽通量对活性炭物化性能的影响；3活性活性炭的表征。同时对将制备的活性炭在大气污炭的表征。同时对将制备的活性炭在大气污染物、污水净化中的应用进行研究。染物、污水净化中的应用进行研究。工程实施方案指导思想指导思想利用废弃农作物在一定条件下可以

11、获利用废弃农作物在一定条件下可以获得糠醛，利用糠醛的各种性质，在催得糠醛，利用糠醛的各种性质，在催化作用下比方加氢变为甲基醇呋喃等，化作用下比方加氢变为甲基醇呋喃等，可进行转化的反响可进行转化的反响工作思路工作思路1.首先进行分工，如：准备材料、做实首先进行分工，如：准备材料、做实验、记录数据、撰写论文等明确分工，验、记录数据、撰写论文等明确分工，一个团队必须一起合作的工作。一个团队必须一起合作的工作。2.准备实验的材料试剂药品、反响设准备实验的材料试剂药品、反响设备、后绪处理设备等以及数据记录备、后绪处理设备等以及数据记录纸等。纸等。3.按照所列出的转化物质进行实验，包按照所列出的转化物质进

12、行实验，包括括 3.1 3.1 催化剂制备催化剂制备采用共沉淀法制备层状催化材料，将活性组份采用共沉淀法制备层状催化材料，将活性组份CuCu、NiNi、MoMo等的可溶性盐溶于水形成溶液，同时制备等的可溶性盐溶于水形成溶液，同时制备NaOHNaOH与与其它阴离子如其它阴离子如SiO42-SiO42-、CO32-CO32-、PO43-PO43-、Ac-Ac-等的等的钠盐或铵盐混合溶液；然而将两种溶液同时滴加到共沉钠盐或铵盐混合溶液；然而将两种溶液同时滴加到共沉淀池中，控制相应的淀池中，控制相应的pHpH值，以得到具有层板间距的水值，以得到具有层板间距的水滑石层状材料。最后对所制备的层状材料进行洗

13、涤、枯滑石层状材料。最后对所制备的层状材料进行洗涤、枯燥、焙烧、活化后，制得催化加氢催化剂。燥、焙烧、活化后，制得催化加氢催化剂。主要研究方案：主要研究方案：a.a.考察活性组份及其含对催化剂催化性能考察活性组份及其含对催化剂催化性能的影响；的影响；b.b.不同插层阴离子对催化剂催化性能的影响；不同插层阴离子对催化剂催化性能的影响；c.c.共沉淀共沉淀pHpH值对催化剂催化性能的影响；值对催化剂催化性能的影响；d.d.催化剂焙烧催化剂焙烧温度对催化剂催化加氢性能的影响；温度对催化剂催化加氢性能的影响；d.d.活化条件包括活活化条件包括活性剂种类主要有氢、氧、空气、水合肼、甲醛、活性剂种类主要有

14、氢、氧、空气、水合肼、甲醛、活化温度和活化时间对催化剂加氢性能的影响。化温度和活化时间对催化剂加氢性能的影响。催化剂表征：主要采用催化剂表征：主要采用XRDXRD对所制备的水滑石层状材料、对所制备的水滑石层状材料、催化剂进行晶体结构的表征；采用催化剂进行晶体结构的表征；采用SEMSEM或或TEMTEM对材料对材料晶貌进行表征；采用火焰原子吸光光度法进行催化材料晶貌进行表征；采用火焰原子吸光光度法进行催化材料中元素组成进行表征；采用中元素组成进行表征；采用XPSXPS方法对催化活性组份价方法对催化活性组份价态进行表态进行表3.2 糠醛催化加氢工艺主要路线采用间歇式和固定床连续催化法进行糠醛催化加

15、氢反响的研究。1间歇式催化加氢方案：将经纯化的糠醛与溶剂甲醇、乙醇等一起参加到高压反响釜中，并参加预定量的催化剂，密闭高釜后，用氢气置换出釜内的空气，置换完成后向釜内充入预定压力的氢气；然后开始升温，当温度升至所需值时，开启搅拌装置开始加氢反响，反响所需时间后进行产物分析。2固定床连续催化加氢方案：填装一定量的催化剂置于石英管反响器，通氢气后进行升温，升至所需温度后，用恒流泵将糠醛注入汽化器并与氢气进行混合，一起进入催化剂床层进行加氢反响，反响器出品采用气液别离器冷阱温度保持零度以下收集液态产品，最后将不同收集时间段的液态样品进行分析。3 3糠醛催化加氢产物采用气相色谱仪进行分析，分析条件：糠

16、醛催化加氢产物采用气相色谱仪进行分析，分析条件：以毛细管色谱柱进行产物的别离，以毛细管色谱柱进行产物的别离，FIDFID为检测器；氮气为载气。为检测器；氮气为载气。4 4糠醛渣制活性炭方案：选将糠醛渣，也可直接将废弃农作糠醛渣制活性炭方案：选将糠醛渣，也可直接将废弃农作物如秸杆、玉米芯等首先进行枯燥，加工成型后置于管式反物如秸杆、玉米芯等首先进行枯燥，加工成型后置于管式反响炉，以氮气为载气将水蒸汽通入管式反响器中进行水蒸汽炭化、响炉，以氮气为载气将水蒸汽通入管式反响器中进行水蒸汽炭化、活性，以制备活性炭。活性，以制备活性炭。每次实验都必须做好记录，收集好所获得的产品，同时，对产品每次实验都必须

17、做好记录，收集好所获得的产品，同时，对产品进行进一步的分析、实验。实验应该按照正确的操作步骤进行。进行进一步的分析、实验。实验应该按照正确的操作步骤进行。4.4.以上工作完成后，分析、整理，总结，着手撰写论文。完成后以上工作完成后，分析、整理，总结，着手撰写论文。完成后可进行发表。可进行发表。5.5.可一起讨论研究一些其它相似的课题。可一起讨论研究一些其它相似的课题。方案进度方案进度 2.20212.202104-202104-20210505通过网络、文献等资料库收集相关通过网络、文献等资料库收集相关资料；资料；1.1.选定课题选定课题?农作物下游产品糠醛的转化利用农作物下游产品糠醛的转化利

18、用?；向指导老师咨询课题有关问题，团队之间互相探讨，得出向指导老师咨询课题有关问题，团队之间互相探讨，得出研究思路，制定可行方案；研究思路，制定可行方案；4.20214.202110-2021.1210-2021.12准备实验器材、药品、设备等相关物准备实验器材、药品、设备等相关物品；品；实验糠醛转化后能否得到理论上的产物，并记录所用试剂实验糠醛转化后能否得到理论上的产物，并记录所用试剂催化剂、产生条件等。收集制得的所有产物进行研究；催化剂、产生条件等。收集制得的所有产物进行研究；研究所得产物的利用价值，选定有研究价值且有可行性的研究所得产物的利用价值，选定有研究价值且有可行性的产物进行进一步

19、研究，试验以获得理想产品；产物进行进一步研究，试验以获得理想产品；根据试验数据与指导教师交流，提出课题进行期间遇到的根据试验数据与指导教师交流，提出课题进行期间遇到的问题和疑难，进行进一步的试验；问题和疑难，进行进一步的试验；8.2021-2021.048.2021-2021.04根据研究所得产品及其资料撰写论文，并根据研究所得产品及其资料撰写论文，并进行发表。进行发表。工程的创新点和特色工程的创新点和特色1.实验原料易获得：采用废弃的农作物。2.实验理论简单：利用物质的理化性质。3.糠醛转化产物所获得的利润高：利用低廉的秸秆获得高利润的产品。4.实验技术创新：利用层状水滑石材料的合成方法应用于糠醛催化加氢制备中 预期成果预期成果拟解决的关键问题：怎样提高农作物秸秆转化成拟解决的关键问题：怎样提高农作物秸秆转化成糠醛的转化率，更加高效的生产糠醛，且糠醛转糠醛的转化率，更加高效的生产糠醛，且糠醛转化为其他产品的条件，以及污染问题。化为其他产品的条件，以及污染问题。取得的成效：以糠醛为原料生产出尽可能多的产取得的成效：以糠醛为原料生产出尽可能多的产品。可用于医用、生活用品等诸多方面。品。可用于医用、生活用品等诸多方面。成果形式：成果形式：社会生产以及人类生活中必要的社会生产以及人类生活中必要的“元素。元素。