稀硫酸催化木糖生成糠醛之製程研究

Abstract

糠醛是從農業副產品製得的重要化工原料，目前工業製程利用硫酸催化木糖脫去三個水分子而得，不過由於伴隨副反應發生使糠醛產率受限在50%左右[1]，近年已有文獻提出在稀酸溶液中添加氯化鈉有助於提升反應速率以及糠醛產率[2]。然而本研究發現此反應溶液會造成反應器腐蝕問題，其釋放出的金屬離子會影響糠醛生成。本研究建立抗腐蝕與易腐蝕兩種不同反應系統，以動力學關係式探討腐蝕釋出金屬離子對反應之影響，並期望能達到增進糠醛產率的目標。 本研究用Hastelloy C276材質管件與玻璃杯建立抗腐蝕反應系統，以50 mM硫酸催化得到的數據顯示，添加氯化鈉使木糖生成糠醛的反應速率提升約兩倍以上，能有效促進糠醛生成，在180oC時糠醛產率可由硫酸催化時的47.9%增加至57.8%。 在ss304與ss316不鏽鋼組成之易腐蝕反應系統中，50 mM硫酸反應溶液會造成反應器腐蝕並釋放出鐵、鉻、鎳、錳、鉬等金屬離子。實驗結果發現腐蝕釋放出的金屬離子會降低氯化鈉對糠醛產率的影響。但是金屬離子則可以增加木糖生成糠醛的反應速率，並抑制副反應，因此在180oC、50 mM硫酸、及不添加氯化鈉反應條件下，糠醛產率可達75%。顯示不鏽鋼腐蝕釋出之金屬離子優於氯化鈉，能在稀硫酸反應系統中明顯提升糠醛產率。 本研究以在稀硫酸抗腐蝕反應系統中添加金屬氫氧化物或金屬硫酸鹽類進行木糖脫水生產糠醛，期望能模擬及再現腐蝕反應器中之結果。至今之不同添加實驗結果顯示，180oC、50 mM硫酸中如僅添加氫氧化鐵、氫氧化鉻，則反應有最佳的結果，但糠醛產率只能提升至70%。顯示本研究尚未能模擬腐蝕反應系統中所有的反應條件，因此糠醛產率無法提升至稀硫酸腐蝕反應系統中之75%。