CN110823751B - 一种糠醛渣中催化剂硫酸氢钠含量的测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种糠醛渣中催化剂硫酸氢钠含量的测定方法。本发明采用高温灼烧的方法，将糠醛渣中有机质转化为二氧化碳和水挥发除去，余下的固体为糠醛渣燃烧产生的不可溶灰分和硫酸氢钠分解定量转化而来的可溶性硫酸钠，加水充分溶解燃烧余下的固体中的硫酸钠，过滤除去不可溶的灰分，将得到的滤液蒸干后再次高温灼烧，剩余的固体为硫酸钠，根据硫酸钠的质量，通过反应计量比计算糠醛渣中硫酸氢钠含量。该测定方法具有仪器设备简单、精度高、操作成本低、适合于批处理等优点。

Description

一种糠醛渣中催化剂硫酸氢钠含量的测定方法

技术领域

本发明涉及一种糠醛渣中催化剂硫酸氢钠含量的测定方法。

背景技术

糠醛是一种重要的精细化工产品，具有广泛的用途。糠醛目前主要以硫酸作为催化剂催化玉米芯等生物质水解的方法进行生产，但是硫酸催化剂的缺陷是毒性强和腐蚀性强，硫酸存在于糠醛渣中，并不进行回收处理，工业上一般采用糠醛渣作为锅炉燃料，燃烧的过程中硫酸分解为三氧化硫，随着烟气排出炉膛，若不对烟气进行脱硫净化，则三氧化硫会造成大气污染。为了克服硫酸毒性大和腐蚀性强的缺点，我们采用硫酸氢钠催化玉米芯等生物质水解制备糠醛，并对水解后存留在糠醛渣中的硫酸氢钠进行回收，循环使用，这就需要一种糠醛渣中硫酸氢钠含量的测定方法，以便在生产过程中能够及时获得糠醛渣中的硫酸氢钠含量和回收硫酸氢钠后的糠醛渣中残留的微量硫酸氢钠催化剂的浓度，同时得到催化剂的回收率。

发明内容

本发明公开了一种糠醛渣中硫酸氢钠含量的测定方法，以满足采用新工艺制备糠醛的需要。

本发明解决技术问题所采用的技术方案原理是：

将玉米芯中加入一定量的硫酸氢钠水溶液，在一定温度下通过水解反应提取糠醛后得到含有硫酸氢钠的糠醛渣，取一定量的糠醛渣样品置于燃烧舟中并在高温下充分灼烧，在灼烧过程中，糠醛渣中的有机质，主要包括纤维素、木质素、少量葡萄糖和木糖、痕量糠醛等燃烧转化为CO₂和H₂O并挥发除去，而糠醛渣燃烧产生的不溶性灰分，主要包括Fe₂O₃,Al₂O₃,SiO₂,CaO等残留在燃烧舟中，糠醛渣中的硫酸氢钠发生如下串联反应：

2NaHSO₄→Na₂S₂O₇+H₂O (1)

Na₂S₂O₇→Na₂SO₄+SO₃ (2)

硫酸氢钠最终转变为硫酸钠、水和三氧化硫，其中水和三氧化硫挥发，硫酸钠存留在燃烧舟中，和糠醛渣燃烧后产生的灰分混合在一起，称作一次灼烧残留物。

将所述的一次灼烧残留物加入去离子水，充分搅拌混合，使得其中的硫酸钠充分溶解，将混合液过滤，除去其中糠醛渣燃烧后产生的灰分，将硫酸钠充分转移到滤液中，再将滤液充分转移到燃烧舟中，将其中自由水蒸发，再将燃烧舟置于高温下充分灼烧，则燃烧舟中残留的可溶性固体物质称作二次灼烧残留物，所述的二次灼烧残留物即为无水硫酸钠，通过硫酸钠的质量和硫酸氢钠转化为硫酸钠的反应(1)和(2)的计量比关系，计算相应硫酸氢钠的质量和糠醛渣中硫酸氢钠的含量。

本发明方法具体参数和操作步骤是：

第一步：糠醛渣试样灼烧-加水过滤-滤液蒸发灼烧

将含有催化剂硫酸氢钠的糠醛渣在100℃充分烘干，除去自由水分，得到干燥糠醛渣。用质量为m1(g)的干净、干燥刚玉燃烧舟，称取干燥糠醛渣样品m2(g)，所述样品质量范围：0.4g<m2<0.6g，将盛有样品的燃烧舟置于加热到一定预设温度的马弗炉中，所述的预设温度为600℃-700℃之间，样品着火燃烧，等待明火焰熄灭时，再关闭炉门，待马弗炉温度恢复到预设温度后，再维持1～1.5h,令样品中的有机质充分燃净，同时，样品中的硫酸氢钠通过反应(1)和(2)转变成硫酸钠，与糠醛渣燃烧形成的不溶性灰分混合在一起。将燃烧舟从马弗炉中取出，冷却到室温。

用量筒量准确量取10mL去离子水，分三次(每次约3mL)加入到燃烧舟中，每次加入水后，充分搅拌，使舟中的硫酸钠充分溶解，再将舟中硫酸钠溶液连同不溶解的灰分转移到干净的烧杯中，完全转移完毕后，对烧杯中的固液混合物进行过滤分离，除去不溶性灰分，再将滤液全部转移到燃烧舟中，将燃烧舟置于电热板或电炉上，将燃烧舟中的水分蒸干，再将燃烧舟放入预设温度为600℃-700℃之间的马弗炉中加热1～1.5h,取出燃烧舟，在干燥环境中冷却到室温，再将燃烧舟连同其内容物一起称重，质量记为m3(g)。

第二步：糠醛渣中硫酸氢钠含量计算

根据第一步的操作，可以知道糠醛渣中的硫酸氢钠转化为硫酸钠，硫酸钠的质量为：(m3-m1)g，按照反应(1和(2)的当量关系，硫酸氢钠和硫酸钠的摩尔计量比为2:1，硫酸氢钠的摩尔质量按照120g/mol计算，硫酸钠的摩尔质量按照142g/mol计算，则糠醛渣样品中硫酸氢钠质量为：(m3-m1)/142×2×120＝1.69(m3-m1)。糠醛渣样品中硫酸氢钠的质量百分比含量为：1.69(m3-m1)/m2×100％。

本发明有益效果体现在：测定过程不需要昂贵的高档仪器，只需要天平和马弗炉等常规廉价仪器设备；本发明方法的测定精度高，可以准确测定样品中千分之一的硫酸氢钠含量；另外，本发明测定方法操作简单，操作成本低，分析周期较短，可以批处理进行，特别适合于需要分析较多试样的情况。

具体实施例

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述：

实施例1

将含有催化剂硫酸氢钠的糠醛渣在100℃烘干1h，充分除去自由水，得到干燥糠醛渣。取用30mm×60mm×120mm的干净、干燥刚玉燃烧舟，质量为m1＝33.2418g，称取所述的干燥糠醛渣样品质量m2＝0.4842g，将盛有样品的燃烧舟置于加热到650℃的马弗炉中，样品着火燃烧，待明火焰熄灭时，关闭炉门，等马弗炉温度恢复到650℃后，再维持650℃灼烧1h，然后将燃烧舟从马弗炉中取出，在干燥环境中冷却到室温。

准确量取10mL去离子水，分三次(每次约3mL)加入到燃烧舟中，每次加入水后，充分搅拌，使舟中的硫酸钠充分溶解，再将舟中硫酸钠溶液连同不溶解的灰分转移到干净的烧杯中，转移完毕后，对烧杯中的固液混合物进行过滤分离，再将滤液全部转移到燃烧舟中，将燃烧舟置于电炉上，将舟中的水分蒸干，再将燃烧舟放入650℃的马弗炉中加热1h,取出燃烧舟，在干燥环境中冷却到室温，再将燃烧舟连同其内容物一起称重，质量m3＝33.2520g。

糠醛渣中的硫酸氢钠转化为硫酸钠，硫酸钠的质量为：m3-m1＝0.0102g，糠醛渣样品中硫酸氢钠的质量百分比含量为：1.69(m3-m1)/m2×100％＝3.56％，与实际含量3.50％的相对偏差为1.71％。

实施例2

同实施例1，将马弗炉温度设定为600℃，燃烧舟m1＝35.2166g，称取所述的干燥糠醛渣样品m2＝0.4845g，二次灼烧后m3＝35.2269g，其它条件均不变，测得同一批糠醛渣中硫酸氢钠含量为3.59％，与实际含量的相对偏差为2.57％。

实施例3

同实施例1，将马弗炉温度设定为680℃，燃烧舟m1＝34.3853g，称取所述的干燥糠醛渣样品m2＝0.4840g，二次灼烧后m3＝34.3954g，其它条件均不变，测得同一批糠醛渣中硫酸氢钠含量为3.53％，与实际含量的相对偏差为0.76％。

Claims (2)

1.一种糠醛渣中催化剂硫酸氢钠含量的测定方法，其特征是如下过程操作和计算，将定量的含有硫酸氢钠的干燥糠醛渣置于燃烧舟中在高温下进行一次充分灼烧，将其中的有机质转化为二氧化碳和水除去，余下的固体为糠醛渣燃烧产生的不可溶的灰分和硫酸氢钠分解生成的硫酸钠，在所述余下的固体中加入足量的水分，使得其中硫酸钠充分溶解，然后将得到的固液混合物进行过滤，除去其中不溶性的灰分，将滤液全部转移到燃烧舟中，将其中自由水蒸发除去，将燃烧舟再次置于高温下进行二次灼烧，除去硫酸钠的结晶水，根据得到无水硫酸钠的质量计算硫酸氢钠的质量及其在糠醛渣中的含量，硫酸氢钠含量的计算式为：硫酸氢钠 % = 1.69（m3-m1）/m2×100%，其中m1为盛样品灼烧的燃烧舟净质量，m2为含有硫酸氢钠的干燥糠醛渣样品质量，m3为燃烧舟和第二次灼烧得到的固体无水硫酸钠总质量，m3-m1为试样中硫酸氢钠转化来的硫酸钠质量，1.69为转换系数。

2.根据权利要求1所述一种糠醛渣中催化剂硫酸氢钠含量的测定方法，干燥糠醛渣的试样量为0.4g~ 0.6g，两次高温灼烧的温度为均为600℃~ 700℃，两次高温灼烧的时间均为1~1.5h，燃烧后余下固体中加入去离子水的量为10mL，加入方式是分三次加入，每次加入约3mL。