响应面分析法优化木材微波液化的工艺研究.pdf

第17 卷第4 期 纤 维 素 科 学 与 技 术 Vol. 17 No. 4 2009 年12 月 Journal of Cellulose Science and Technology Dec. 2009 文章编号：1004-8405(2009)04-0021-10 响应面分析法优化木材微波液化的工艺研究 1 1 1 1,2 冯国东 ， 周永红 *， 郭晓昕 ， 胡立红 （1. 中国林业科学研究院 林产化学工业研究所 生物质化学利用国家工程实验室； 国家林业局 林产化学工程重点开放性实验室；江苏 南京 210042 ； 2. 中国林业科学研究院 林业新技术研究所；北京 100091 ） 摘 要：以醇解的聚对苯二甲酸乙二酯（PET ）饮料瓶为液化剂，甘油为辅助液化 剂，微波辅助加热，用2.5% H SO 催化液化木材。采用Design-Expert 7.1 软件对木 2 4 粉微波液化试验进行了方案设计和试验结果分析。选取液化温度、液化时间、液固 比和微波辐射加热功率等四个因素进行中心组合设计；运用响应面法对木材微波液 化工艺参数进行优化，得到了综合液化率与试验影响因素之间的定量数学关系模型， 以及各个单因素和交互作用对液化率的影响结果，给出了木粉液化率的残差分布以 及不同操作变量之间的综合液化率等值线和三维关系。木粉的微波液化实验最优条 件为：反应时间10.51 min，液固质量比3.93，液化温度154.7℃，微波辅助加热功 率3.71 kW，该条件下能使木粉完全液化。 关键词：木材液化；微波；聚对苯二甲酸乙二酯；Design-Expert 7.1 软件；响应面分析 中图分类号：TQ351 文章标识码：A 利用丰产的天然废弃植物原料代替日益枯竭的石油资源来合成可生物降解的高分子材 料是解决能源和环保问题的有效途径之一。植物原料虽然具有贮存能量高、可再生、易分解 等相对理想的物理化学性质，但它们是难溶、难熔的天然高分子材料，不像塑料那样易成型 加工。如果在一定条件下将其液化，使植物中纤维索、半纤维素和木质素转化为具有一定反 应活性的液态物质，可以作为制备高分子材料的原料，这样既可以降低材料的生产成本，又 可以解决资源问题，是植物资源高附加值利用的途径之一。木材液化技术是近年来迅速发展 起来的一门新兴技术，利用木材液化产物制造合成树脂是木材利用技术研究的一个发展方 向，对于节约代用化石资源和高效利用木材资源具有双重意义。 正交试验设计注重如何科学合理地安排试验，可同时考虑几种因素，寻找最佳因素水平 组合；但它不能在给出的整个区域中找到因素和响应值之间的一个明确的函数表达式即回归 方程，因而无法找到整个区域中因素的最佳组合和响应值的最优值[1] 。因此，人们期望找到 一种试验次数少、周期短、求得的同归方程精度高、能研究几种因素间交互作用的回归分析 收稿日期：2009-06-01 基金项目：十一五国家科技支撑计划课题（2006BAD18B10 ）；中国林业科学研究院新技术研究所所长基金 课题（CAFINT2007C14 ）。 作者简介：冯国东（1982~），男，河南新乡人，硕士研究生；从事生物质材料的研究。 ∗ 通讯作者：周永红，男，研究员，博士生导师；研究方向：生物质化学转化与应用。 22 纤 维 素 科 学 与 技 术 第17 卷 [2] 方法，响应面分析方法在很大程度上满足了这些要求 。 在最近几十年的木材的液化技术中，研究最多的是用有机溶剂作为液化剂以及无机酸 [3-4] 催化将固体木材大分子热分解成