指導教授：萬本儒臺灣大學：化學工程學研究所林泓均Lin, Hung-ChunHung-ChunLin2014-11-252018-06-282014-11-252018-06-282014http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/261180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%。口試委員會審定書 I 誌謝 II 摘要 III Abstract IV 目錄 VI 圖索引 VIII 表索引 IX 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機 3 第二章 文獻回顧 5 2.1 糠醛的發展與利用 5 2.2 糠醛的製程 7 2.2.1 一步法製程 7 2.2.2 二步法製程 9 2.3 增進糠醛產率之方法 9 2.3.1 有機溶劑萃取糠醛 10 2.3.2 氯化鈉促進糠醛生成 12 2.3.3 糠醛製程經濟評估 13 2.4 木糖脫水生成糠醛之原理 15 2.4.1 木糖之副反應 16 2.4.2 糠醛之副反應 17 2.4.3 整體反應動力學關係式 18 2.5 金屬腐蝕 20 2.6 金屬材質之選用 21 第三章 實驗與鑑定方法 24 3.1 實驗藥品與器材 24 3.1.1 實驗藥品 24 3.2 實驗器材 25 3.3 實驗裝置 26 3.3.1 反應系統 26 3.3.2 取樣設備 27 3.3.3 抗腐蝕反應系統與易腐蝕反應系統 29 3.4 實驗步驟 31 3.5 沉澱法製備氫氧化物程序 32 3.5.1 氫氧化鐵合成 32 3.5.2 氫氧化亞鐵合成 33 3.5.3 氫氧化鎳合成 34 3.5.4 氫氧化鉻合成 35 3.6 產物分析 37 3.6.1 高效能液相層析 (high performance liquid chromatography, HPLC )37 3.6.2 感應耦合電漿質譜分析 ( Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometer, ICP ) 39 3.7 數據處理 40 3.7.1 轉化率與產率計算 40 3.7.2 速率常數模擬 41 3.7.3 木糖轉化速率常數模擬 42 3.7.4 糠醛最大產率計算 43 第四章 實驗結果與討論 44 4.1 抗腐蝕系統反應探討 44 4.1.1 硫酸催化與硫酸輔以氯化鈉催化之結果比較 44 4.1.2 不同溫度時反應濃度之模擬 45 4.2 易腐蝕系統反應探討 48 4.2.1 硫酸催化與硫酸輔以氯化鈉催化之結果比較 48 4.3 抗腐蝕反應系統與易腐蝕反應系統之比較 49 4.3.1 轉化率與產率變化 49 4.3.2 以速率常數探討反應變化 51 4.4 模擬腐蝕釋出金屬之反應情況 54 4.4.1 腐蝕釋出金屬離子之含量分析 54 4.4.2 硫酸根離子對反應速率影響之探討 55 4.4.3 氫氧根離子對反應速率影響之探討 57 4.4.4 二價鐵離子與三價鐵離子模擬腐蝕釋出金屬離子之反應情況 58 4.4.5 金屬離子對反應影響之探討 61 第五章 結論 64 第六章 參考文獻 67 第七章 附錄-檢測不同反應器之金屬離子成份 a 7.1.1 硫酸濃度對腐蝕釋出金屬濃度之影響 a 7.1.2 溫度對腐蝕釋出金屬濃度之影響 b 7.1.3 氯化鈉對腐蝕釋出金屬濃度之影響 c2084083 bytesapplication/pdf論文公開時間：2018/08/21論文使用權限：同意有償授權(權利金給回饋學校)糠醛硫酸氯化鈉金屬腐蝕腐蝕釋出之金屬離子thesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/261180/1/ntu-103-R01524082-1.pdf