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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:徐敬閔
研究生(外文):Ching-Min Hsu
論文名稱:從稻稈得到多元醇經醚化反應產生新的柴油含氧添加劑
論文名稱(外文):Etherification of Polyols from Rice Straw to Produce a New Oxygenate Additive for Diesels
指導教授:周澤川李文福李文福引用關係
指導教授(外文):Tse-Chuan ChouWen-Fu Lee
口試委員:周澤川李文福
口試委員(外文):Tse-Chuan ChouWen-Fu Lee
口試日期:2013-07-22
學位類別:碩士
校院名稱:大同大學
系所名稱:化學工程研究所
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:73
中文關鍵詞:醚化木醣醇稻稈
外文關鍵詞:EtherificationRice straw
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石油能源在我們的生活中已是不可或缺的能源,但近年來石油能源慢慢枯竭,因此需要開發生質能源來替代我們依賴的石油能源。台灣是個農業國家,因此有許多的農業廢棄物可以利用,而本實驗中利用稻稈當能源原料來進行研究,將稻稈中的纖維素、半纖維素轉換成多醇類,再利用得到的多醇類進行醚化反應,最後得到的產物可做為柴油含氧添加劑。
實驗分為兩部分,第一部分利用史密斯降解法進行纖維素的氧化將大分子切成小分子,再利用還原反應可以得到多醇類。討論不同反應變因,時間、溫度、濃度、以及不同氧化劑所得到的結果,將產物以HPLC進行分析,配合檢量線計算產量。得到反應1小時、70℃、0.4M IO4 -反應效果最好以及利用HIO4時比NaIO4來的好。
第二部分則為木醣醇的醚化實驗,利用木醣醇與氫氧化鈉以及硫酸二甲酯進行反應,當比例為1:5:2.5mole反應時間為24小時、溫度為70℃及H2O/NaOH的莫耳比為0.43時有最好的反應效果,再進行與汽油、柴油混合,結果產物在CPC 95中任何比例皆可互溶,柴油與航空汽油則只有在部分比例下才可互溶。
Petroleum Oil is an essential energy in our lives; however, petroleum oil has been decreasing in recent years. Therefore, we need to develop biomass energy to replace fossil fuels. Taiwan is an agricultural country, and we have a lot of agricultural waste which in a valuable raw material. In this experiment, we translated cellulose and hemicellulose into polyols first, then the etherification reaction of polyols to obtain a new oxygenate additive for diesels.
This experiment was divided into two parts. In the first part, we used Smith degradation method to do reaction of cellulose and hemicellulose hydrolysis and oxidation-reduction for decomposition and reduction reaction. By this method, we could get more polyols. There was a discussion of many reaction variables, we changed the reaction time, temperatures, and reactant concentrations. Also, the final products will be analyzed by HPLC with a calibration curve in order to count the amount of products. 1hour and 70 ℃ for 0.4M IO4 is the best reaction and HIO4 is better than NaIO4.
In the second part of this experiment was etherification xylitol which was reacted by dimethyl sulfate and sodium hydroxide. The results show the reaction was carried out at the ratio of 1:5:2.5 mole of xylitol:NaOH:DMS and reaction time is 24 hours, the temperature is 70 ℃ and H2O / NaOH molar ratio of 0.43 had the best reaction condition.The etherification products mix with gasoline and diesel to obtain the products.
誌謝 I
中文摘要 II
Abstrat III
目錄 V
圖目錄 IX
表目錄 XIII
第一章 緒論 1
1.1研究背景 1
1.2甘油與含氧添加劑介紹 2
1.3木糖醇 5
1.3.1木糖醇簡介 5
1.3.2木糖醇用途 5
1.4台灣的生質能源 6
1.5研究動機與目的 7
1.6纖維素氧化還原及水解可能之途徑 8
1.7甲基化反應與化合物 10
1.7.1木糖醇甲基化反應 10
1.7.2木糖醇甲基化反應後可能之產物 10
第二章 文獻回顧 13
2.1 史密斯降解法 13
2.2甲基化反應 15
第三章 實驗設備與實驗方法 17
3.1實驗藥品 17
3.2儀器 18
3.3儀器介紹 19
3.3.1氣相層析儀(GC) 19
3.3.2高效液相層析儀(HPLC) 21
3.4實驗步驟 22
第一部分 22
3.4.1乾燥實驗步驟 22
3.4.2稻稈利用NaIO4進行氧化還原及水解反應步驟 23
3.4.3反應溫度對稻稈利用NaIO4進行氧化還原及水解反應之影響(改變反應溫度25℃、35℃、50℃、70℃) 24
3.4.4反應時間對稻稈利用NaIO4進行氧化還原及水解反應之影響 (改變反應時間 1hr、2hr、3hr、4hr) 25
3.4.5 NaIO4濃度對稻稈利用NaIO4進行氧化還原及水解反應之影響(改變反應濃度0.1M、0.2M、0.3M、0.4M) 26
3.4.6稻稈利用HIO4進行氧化還原及水解反應步驟 27
3.4.7反應溫度對稻稈利用HIO4進行氧化還原及水解反應之影響(改變反應溫度25℃、35℃、50℃、70℃) 28
3.4.8反應時間對稻稈利用HIO4進行氧化還原及水解反應之影響(改變反應時間 1hr、2hr、3hr、4hr) 29
3.4.9 HIO4濃度對稻稈利用HIO4進行氧化還原及水解反應之影響(改變反應濃度0.1M、0.2M、0.3M、0.4M 30
第二部分 31
3.4.10 木醣醇甲基化反應之步驟 33
3.4.11反應溫度對木醣醇甲基化之影響(改變反應溫度50、70、90及110℃) 33
3.4.12反應時間對木醣醇甲基化之影響(改變反應時間12 hr、24 hr、36 hr、48 hr) 34
3.4.13改變H2O/NaOH莫耳比對木醣醇甲基化之影響(改變H2O/NaOH莫耳比0、0.43、0.74、2.78) 35
第四章 結果與討論 36
4.1 稻稈乾燥實驗 36
4.2反應溫度對稻稈利用NaIO4進行氧化還原及水解反應之影響 37
4.3反應時間對稻稈利用NaIO4進行氧化還原及水解反應之影響 39
4.4反應濃度對稻稈利用NaIO4進行氧化還原及水解反應之影響 41
4.5反應溫度對稻稈利用HIO4進行氧化還原及水解反應之影響 43
4.6反應時間對稻稈利用HIO4進行氧化還原及水解反應之影響 44
4.7反應濃度對稻稈利用HIO4進行氧化還原及水解反應之影響 45
4.8 NaIO4與HIO4的結果比較 47
4.9稻稈與甘蔗反應後所得產物的總產率比較 52
4.10反應溫度對木醣醇甲基化反應之影響 55
4.11反應時間對木醣醇甲基化反應之影響 57
4.12 H2O/NaOH的莫耳比對木醣醇甲基化反應之影響 59
4.13 木醣醇甲基化反應結果61
第五章 總結 69
參考文獻 71

圖目錄
圖2.1 Smith degradation schematic diagram 13
圖4.1 稻稈乾燥曲線圖(烘箱溫度為80℃) 36
圖4.2改變反應溫度下以5g稻稈、NaIO4(0.4M)、反應時間1hr所得各成分的產物之產率與反應溫度的關係圖 37
圖4.3改變反應時間下以5g稻稈、NaIO4(0.4M)、反應溫度70℃所得各成分的產物之產率與反應時間的關係圖 39
圖4.4改變反應濃度下以5g稻稈、反應時間1hr、反應溫度70℃所得各成分的產物之產率與反應濃度的關係圖 41
圖4.5改變反應溫度下以5g稻稈、HIO4(0.4M)、反應時間1hr所得各成分的產物之產率與反應溫度的關係圖 43
圖4.6改變反應時間下以5g稻稈、HIO4(0.4M)、反應溫度70℃所得各成分的產物之產率與反應時間的關係圖 44
圖4.7改變反應濃度下以5g稻稈、反應時間1hr、反應溫度70℃所得各成分的產物之產率與反應濃度的關係圖 45
圖4.8 NaIO4與HIO4在不同反應溫度下以5g稻稈、反應時間1hr、反應濃度(0.4M)所生成的Erythritol比較圖 47
圖4.9 NaIO4與HIO4在不同反應溫度下以5g稻稈、反應時間1hr、反應濃度(0.4M)所生成的Xylitol比較圖 47
圖4.10 NaIO4與HIO4在不同反應溫度下以5g稻稈、反應時間1hr、反應濃度(0.4M)所生成的Sorbitol比較圖 48
圖4.11 NaIO4與HIO4在不同反應時間下以5g稻稈、反應溫度70℃、反應濃度(0.4M)所生成的Erythritol比較圖 48
圖4.12 NaIO4與HIO4在不同反應時間下以5g稻稈、反應溫度70℃、反應濃度(0.4M)所生成的Xylitol比較圖 49
圖4.13 NaIO4與HIO4在不同反應時間下以5g稻稈、反應溫度70℃、反應濃度(0.4M)所生成的Sorbitol比較圖 49
圖4.14 NaIO4與HIO4在不同反應時間下以5g稻稈、反應溫度70℃、反應時間1hr所生成的Erythritol比較圖 50
圖4.15 NaIO4與HIO4在不同反應時間下以5g稻稈、反應溫度70℃、反應時間1hr所生成的Xylitol比較圖 50
圖4.16 NaIO4與HIO4在不同反應時間下以5g稻稈、反應溫度70℃、反應時間1hr所生成的Sorbitol比較圖 51
圖4.17稻桿與甘蔗渣以HIO4(0.4M)、反應時間(1hr)所得的Erythritol之產率比較圖 52
圖4.18稻桿與甘蔗渣以HIO4(0.4M)、反應時間(1hr)所得的Xylitol+Sorbitol之產率比較圖 53

圖4.19稻桿與甘蔗渣以HIO4(0.4M)、反應溫度(70℃)所得的Erythritol之產率比較圖 53
圖4.20稻桿與甘蔗渣以HIO4(0.4M)、反應溫度(70℃)所得的Xylitol+Sorbitol之產率比較圖 54
圖4.21不同反應溫度下以50g xylitol、H2O/NaOH的莫耳比為0.43、反應時間24hr所得到的methyl xylitol之產率 56
圖4.22不同反應時間下以50g xylitol、H2O/NaOH的莫耳比為0.43、反應溫度70℃所得到的methyl xylitol的產率 58
圖4.23不同H2O/NaOH的莫耳比下以50g xylitol、反應時間24hr、反應溫度70℃所得到的methyl xylitol的產率 60
圖4.24 The HPLC diagram of the Xylitol 62
圖4.25 The HPLC diagram of the methylpentitol products 62
圖4.26 The GC diagram of the methyl xylitol 63
圖4.27 Methyl xylitol與CPC 95互溶性圖 63
圖4.28 體積比為1:9、2:8、3:7之methyl xylitol與CPC Diesel互溶性圖 64
圖4.29 體積比為4:6、5:5、6:4之methyl xylitol與CPC Diesel互溶性圖 64

圖4.30 體積比為7:3、8:2、9:1之methyl xylitol與CPC Diesel互溶性圖 65
圖4.31 體積比為1:9、2:8、3:7之methyl xylitol與CPC Jet-A1 (no additives)互溶性圖 65
圖4.32 體積比為4:6、5:5、6:4之methyl xylitol與CPC Jet-A1 (no additives)互溶性圖 66
圖4.33 體積比為7:3、8:2、9:1之methyl xylitol與CPC Jet-A1 (no additives)互溶性圖 66
圖4.34 體積比為1:9、2:8、3:7之methyl xylitol與CPC Jet-A1互溶性圖 67
圖4.35 體積比為4:6、5:5、6:4之methyl xylitol與CPC Jet-A1互溶性圖 67
圖4.36 體積比為7:3、8:2、9:1之methyl xylitol與CPC Jet-A1互溶性圖 68


表目錄
實驗藥品表 16
儀器 17
表3.1實驗藥品配方 30
表3.2反應條件 31
表3.3蒸餾條件 31
表3.4 不同反應溫度之實驗條件 33
表3.5 不同反應時間之實驗條件 33
表3.5 不同反應時間之實驗條件 34
表4.1稻稈乾燥數據表(烘箱溫度為80℃) 36
表4.2 改變反應溫度下以5g稻稈、NaIO4(0.4M)、反應時間1hr所得各成分的產物之產率 37
表4.3 改變反應時間下以5g稻稈、NaIO4(0.4M)、反應溫度70℃所得各成分的產物之產率 39
表4.4 改變反應濃度下以5g稻稈、反應時間1hr、反應溫度70℃所得各成分的產物之產率 41
表4.5 改變反應溫度下以5g稻稈、HIO4(0.4M)、反應時間1hr所得各成分的產物之產率 43
表4.6改變反應時間下以5g稻稈、HIO4(0.4M)、反應溫度70℃所得各成分的產物之產率 44
表4.7改變反應濃度下以5g稻稈、反應時間1hr、反應溫度70℃所得各成分的產物之產率 45
表4.8 不同反應溫度下以50g xylitol、H2O/NaOH的莫耳比為0.43、反應時間24hr所得到的methyl xylitol產量與產率值 55
表4.9 不同反應時間下以50g xylitol、H2O/NaOH的莫耳比為0.43、反應溫度70℃所得到的methyl xylitol產量與產率值 57
表4.10 不同H2O/NaOH的莫耳比下以50g xylitol、反應時間24hr、反應溫度70℃所得到的methyl xylitol產量與產率值 59
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