本發(fā)明屬于生物能源技術(shù)領(lǐng)域,尤其是涉及一種由鳳眼蓮制備燃料的方法。
背景技術(shù):
鳳眼蓮,俗稱(chēng)水葫蘆,浮水草本,須根發(fā)達(dá)。鳳眼蓮泛濫成災(zāi)會(huì)存在以下危害:
1、阻斷航道,影響航運(yùn)和排泄,成為農(nóng)業(yè)、水利、環(huán)保的頭號(hào)敵人。
2、限制了水體的流動(dòng),水體沒(méi)有陽(yáng)光照射,變得發(fā)臭,使水體中的溶氧量減少,抑制了浮游生物的生長(zhǎng),破壞了河涌生態(tài)環(huán)境。
3、為血吸蟲(chóng)和腦炎流感等病菌提供了滋生地,滋生蚊蠅,為蚊子的幼蟲(chóng)提供了呼吸和繁殖的機(jī)會(huì)。
4、破壞飲水資源。由于造成堵塞,水體不能自由流動(dòng),各種污染源如重金屬元素及其對(duì)人體危害的其它微量元素不能有效清除,人直接或間接吸納到有污染的水源。
5、鳳眼蓮覆蓋水面也加大了水的蒸發(fā)量,比敞開(kāi)水面的蒸發(fā)量高出8-10倍,造成水源損失。
6、對(duì)水源采水點(diǎn)的淡水水質(zhì)的影響。大量的鳳眼蓮覆蓋水面會(huì)使水的PH值降低;CO2濃度增高;水的嗅值濃度、色度增高;水中的酸度也增加,使水資源的使用價(jià)值大大降低,直至不能飲用。
7、鳳眼蓮的爆發(fā)以及其腐爛階段同時(shí)會(huì)大量地消耗水體中的溶解氧,水下動(dòng)物比如魚(yú)類(lèi)活動(dòng)繁殖空間將會(huì)減少,甚至?xí)~(yú)類(lèi)大量死亡。
目前防止鳳眼蓮泛濫成災(zāi)的方法有很多,主要有這幾種:一是化學(xué)防治,需要添加化學(xué)試劑,治理的同時(shí)也會(huì)破壞生態(tài)平衡;二是生物防治,通過(guò)引進(jìn)天敵來(lái)維持鳳眼蓮數(shù)量,但見(jiàn)效慢,至少3-5年;三是人工及機(jī)械防除方法,通過(guò)人工或機(jī)械對(duì)水葫蘆進(jìn)行打撈處理,見(jiàn)效快,但當(dāng)發(fā)生面積大的時(shí)候,勞動(dòng)強(qiáng)度大。這幾種方法其實(shí)都沒(méi)有有效地利用水葫蘆,只是在限制其數(shù)量,最多將鳳眼蓮當(dāng)作肥料或者廢料來(lái)利用,而沒(méi)有利用其生物能源的相關(guān)技術(shù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種由鳳眼蓮制備燃料的方法,本發(fā)明通過(guò)化學(xué)方法提取其中的纖維素,隨后通過(guò)一定化學(xué)反應(yīng)制成醇類(lèi)化合物,作為燃料使用。
本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
一種由鳳眼蓮制備燃料的方法,包括以下步驟:
(1)將鳳眼蓮粉碎成粉末,并烘干至水分盡失;
(2)提取鳳眼蓮中的纖維素:將鳳眼蓮粉末依次用甲苯乙醇混合溶液、高濃度次氯酸鈉溶液、氫氧化鈉溶液、低濃度次氯酸鈉溶液和鹽酸溶液提取,得到鳳眼蓮粉末中包含的纖維素;
(3)制備氧化合金催化劑;
(4)纖維素氫解制燃料:將經(jīng)過(guò)步驟(2)處理后得到的纖維素與甲醇在步驟(3)制備的氧化合金催化劑作用下在反應(yīng)釜中充入保護(hù)氣體進(jìn)行氫解反應(yīng),得到燃料。
步驟(1)中所述的烘干條件是80-100℃下烘干五到六個(gè)小時(shí)。
步驟(2)所述的甲苯乙醇混合溶液中,甲苯與乙醇混合體積比為2:1。
步驟(2)所述的高濃度次氯酸鈉溶液為質(zhì)量濃度為3%的次氯酸鈉溶液,所述的低濃度次氯酸鈉溶液為質(zhì)量濃度為1%的次氯酸鈉溶液。
步驟(2)所述的氫氧化鈉溶液的質(zhì)量濃度為1%,所述的鹽酸溶液的質(zhì)量濃度為4-5%。
步驟(2)中提取鳳眼蓮中的纖維素的方法為:
(21)將鳳眼蓮粉末投入甲苯乙醇混合溶液中,并在100-115℃下反應(yīng)3小時(shí);
(22)使用質(zhì)量濃度為3%的次氯酸鈉溶液在80-90℃下處理鳳眼蓮粉末2小時(shí);
(23)使用質(zhì)量濃度為1%的氫氧化鈉溶液在60-70℃下處理鳳眼蓮粉末2小時(shí);
(24)使用質(zhì)量濃度為1%的次氯酸鈉溶液在70-75℃下處理鳳眼蓮粉末3小時(shí);
(25)使用質(zhì)量濃度為4-5%的鹽酸溶液在60-70℃下處理鳳眼蓮粉末6小時(shí)。
步驟(3)所述的氧化合金催化劑為銅鋅鋁催化劑,其采用共沉淀法制備,具體方法為:將硝酸銅、硝酸鋁、硝酸鋅加入到碳酸鈉溶液中,在60℃下劇烈攪拌,維持pH=6-7,反應(yīng)兩個(gè)小時(shí),過(guò)濾后在100-120℃下烘干,再在600℃空氣中煅燒5小時(shí),最終得到銅鋅鋁催化劑。
按照摩爾比,硝酸銅:硝酸鋁:硝酸鋅:碳酸鈉=68:9:23:15;
硝酸銅、硝酸鋁、硝酸鋅及碳酸鈉以溶液形式混合,硝酸銅、硝酸鋁、硝酸鋅及碳酸鈉溶液的體積比2:2:2:3。
步驟(4)所述的纖維素氫解制燃料的過(guò)程中,在反應(yīng)釜中,纖維素與氧化合金催化劑加入甲醇溶液中,在充入保護(hù)氣的氛圍下,270-300℃反應(yīng)至少半小時(shí),反應(yīng)過(guò)程中400rpm速度攪拌,反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫用氣袋收集氣體燃料,反應(yīng)釜中得到液體燃料;
其中,纖維素與氧化合金催化劑的質(zhì)量比為1-1.5:1,纖維素與甲醇的比例關(guān)系為0.5-0.75g:30ml。
所述的氣體燃料主要成分為氫氣和甲醇,所述的液體燃料主要成分為四個(gè)碳到七個(gè)碳的醇類(lèi)物質(zhì)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明利用化學(xué)處理的方法得到鳳眼蓮中的纖維素,并自行制備了氧化合金催化劑,然后將制得的纖維素與甲醇在氧化合金催化劑的作用下進(jìn)行氫解反應(yīng),將纖維素制備成氣態(tài)與液態(tài)燃料,利用了鳳眼蓮作為生物能源的特性,本發(fā)明方法制劑簡(jiǎn)單,工藝較短,附加價(jià)值大,適于大規(guī)模推廣。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例1
采用共沉淀法制備銅鋅鋁催化劑,具體方法為:按照摩爾比,硝酸銅:硝酸鋁:硝酸鋅:碳酸鈉=68:9:23:15的比例將200ml硝酸銅(0.69mol)、200ml硝酸鋁(0.09mol)、200ml硝酸鋅(0.23mol)、300ml碳酸鈉(0.15mol)加入200ml去離子水中,在60℃下劇烈攪拌,維持pH=6-7,反應(yīng)兩個(gè)小時(shí),過(guò)濾后在100-120℃下烘干,再在600℃空氣中煅燒5小時(shí),最終得到銅鋅鋁催化劑。
實(shí)施例2
一、從水葫蘆中提取纖維素:
1.混合甲苯、乙醇溶液(體積比2:1),樣品在溶液中110攝氏度保溫2.5H。
2.再經(jīng)過(guò)質(zhì)量濃度3%次氯酸鈉溶液處理,在80℃下保溫2H。
3.再經(jīng)過(guò)質(zhì)量濃度1%氫氧化鈉溶液處理,在65℃下保溫2H。
4.再經(jīng)過(guò)質(zhì)量濃度1%次氯酸鈉溶液處理,在75℃下保溫3H并攪拌。
5.再經(jīng)過(guò)質(zhì)量濃度5%鹽酸處理,在70℃下保溫6H。
6.過(guò)濾,蒸餾水清洗,干燥,得到纖維素。
二、氫解過(guò)程:100mL反應(yīng)釜中加入0.75g纖維素,0.5g實(shí)施例1制得的催化劑,50mL甲醇,充入氮?dú)?,?20℃保溫0.5-1H,400rpm攪拌。結(jié)束后,冷卻至室溫,用氣袋收集氣體產(chǎn)物。最終反應(yīng)釜中得到C4~C7的醇類(lèi),氣袋中得到氫氣、一氧化碳等。
實(shí)施例3
一、從水葫蘆中提取纖維素:
1.混合甲苯、乙醇溶液(體積比2:1),樣品在溶液中105攝氏度保溫2.5H。
2.再經(jīng)過(guò)質(zhì)量濃度3%次氯酸鈉溶液處理,在75℃下保溫2H。
3.再經(jīng)過(guò)質(zhì)量濃度1%氫氧化鈉溶液處理,在60℃下保溫2H。
4.再經(jīng)過(guò)質(zhì)量濃度1%次氯酸鈉溶液處理,在70℃下保溫3H并攪拌。
5.再經(jīng)過(guò)質(zhì)量濃度4%鹽酸處理,在70℃下保溫6H。
6.過(guò)濾,蒸餾水清洗,干燥,德奧纖維素。
二、氫解過(guò)程:100mL反應(yīng)釜中加入0.5g纖維素,0.5g實(shí)施例1制得的催化劑,30mL甲醇,充入氮?dú)?,?20℃保溫0.5-1H,400rpm攪拌。結(jié)束后,冷卻至室溫,用氣袋收集氣體產(chǎn)物。最終反應(yīng)釜中得到C4~C7的醇類(lèi),氣袋中得到氫氣、一氧化碳等。
實(shí)施例4
一、從水葫蘆中提取纖維素:
1.混合甲苯,乙醇溶液(體積比2:1),樣品在溶液中110攝氏度保溫3H。
2.再經(jīng)過(guò)質(zhì)量濃度3%次氯酸鈉溶液處理,在85℃下保溫2H。
3.再經(jīng)過(guò)質(zhì)量濃度1%氫氧化鈉溶液處理,在70℃下保溫2H。
4.再經(jīng)過(guò)質(zhì)量濃度1%次氯酸鈉溶液處理,在75℃下保溫2.5H并攪拌。
5.再經(jīng)過(guò)質(zhì)量濃度5%鹽酸處理,在60℃下保溫6H。
6.過(guò)濾,蒸餾水清洗,干燥,得到纖維素。
二、氫解過(guò)程:100mL反應(yīng)釜中加入1g纖維素,1g實(shí)施例1制得的催化劑,60mL甲醇,充入氮?dú)?,?20℃保溫0.5-1H,400rpm攪拌。結(jié)束后,冷卻至室溫,用氣袋收集氣體產(chǎn)物。最終反應(yīng)釜中得到C4~C7的醇類(lèi),氣袋中得到氫氣、一氧化碳等。
上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改,并把在此說(shuō)明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此,本發(fā)明不限于上述實(shí)施例,本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示,不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。