膜濃縮木醋液的工藝研究

喬玉彥，王宏力，任保增

（1.鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院，河南鄭州 450001；2.河南省化工研究所有限責(zé)任公司，河南鄭州 450052）

膜濃縮木醋液的工藝研究

喬玉彥1，王宏力2，任保增1

（1.鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院，河南鄭州 450001；2.河南省化工研究所有限責(zé)任公司，河南鄭州 450052）

綜合利用超濾、納濾和反滲透膜分離技術(shù)，對(duì)商丘三利新能源有限公司的粗制木醋液進(jìn)行了濃縮處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在處理量為300 L/h的條件下，原液中的總有機(jī)酸回收率可以達(dá)到90%以上，乙酸的回收率超過85%，同時(shí)木醋液經(jīng)單套膜組件處理后含水量減少45%。

木醋液；膜技術(shù)；濃縮工藝

1 前言

木醋液是淡褐色至茶褐色半透明液體，有獨(dú)特?zé)熝銡猓端?，pH值1.5～3.7，相對(duì)密度1.0025左右，含有酸類、醇類、酚類、醛類和酮類等200多種有機(jī)成分，總有機(jī)物含量7%～15%，其中醋酸占有機(jī)物含量的40%左右，其他各種組分大多是微量成分。隨著國內(nèi)外對(duì)木醋液的深入研究，木醋液的各項(xiàng)性能與作用日益被認(rèn)識(shí)并得到重視，開始廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)、食品加工業(yè)和醫(yī)藥衛(wèi)生業(yè)，尤其是木醋液具有促進(jìn)植物生長、抗菌、防病等作用，是很好的綠色肥料和農(nóng)藥，在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用越來越廣泛。

粗木醋液含水量較大，有機(jī)物濃度較低，有大量焦油和有害物質(zhì)等，需要根據(jù)用途采用不同的方法進(jìn)行精制分離。常用的精制方法主要有靜置法、蒸餾法（常壓蒸餾、減壓蒸餾）、吸附法、過濾法和分配法［1-2］，另外還可以通過上述方法［3］的配合使用，制造出穩(wěn)定的木醋液，與其他方法相比，膜分離法采用低溫濃縮，能最大限度保留各種生物質(zhì)本體的完整性，本實(shí)驗(yàn)采用多級(jí)膜分離技術(shù)，對(duì)木醋液的濃縮工藝進(jìn)行了研究。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置

該套裝置由預(yù)處理系統(tǒng)和膜分離系統(tǒng)兩部分組成，木醋液經(jīng)預(yù)處理除去懸浮物質(zhì)和其他固體顆粒，再利用膜分離系統(tǒng)對(duì)木醋液進(jìn)行分級(jí)處理，最終實(shí)現(xiàn)木醋液濃縮分水。根據(jù)實(shí)際要求設(shè)計(jì)工藝流程簡圖，見下頁圖1。

圖1 膜濃縮木醋液的工藝流程圖

來自秸稈干餾炭化裝置的氣體經(jīng)氣液分離器分離后冷凝成為木醋液原液，首先進(jìn)入貯槽，靜置一段時(shí)間，用泵抽取中層液體，加入原液池，經(jīng)過濾后再經(jīng)原水泵進(jìn)入精濾裝置，再依次經(jīng)超濾裝置、納濾裝置、高壓反滲透裝置和低壓反滲透裝置，控制各裝置對(duì)應(yīng)的濃水部分回流，調(diào)整流體流速和操作壓力，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

表1 原液處理量為300 L/h時(shí)對(duì)應(yīng)各裝置的工藝參數(shù)

3 結(jié)果與討論

3.1 GC-MS分析測(cè)定結(jié)果

樣品1和樣品2經(jīng)預(yù)處理后分別取樣進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)圖庫檢索和人工分析譜圖確定樣品中主要成分，并根據(jù)面積歸一法確定百分含量，樣品的總離子流圖見圖2和圖3，對(duì)應(yīng)主要成分百分含量見表2和表3。

圖2 樣品1的GC—MS總離子流圖

圖3 樣品2的GC—MS總離子流圖

表2 樣品1主要成分及含量

表3 樣品2主要成分及含量

從表2中可知，納濾裝置出口濃水中同時(shí)含有大分子有機(jī)物和小分子有機(jī)物，與原始木醋液分析結(jié)果相一致，說明經(jīng)超濾分離后的液體成分并沒有明顯變化。

表2和表3相比較，結(jié)果顯示，經(jīng)低壓反滲透裝

置分離后淡水中不含高分子化合物，小分子化合物的含量也大大降低，說明該套裝置能有效的對(duì)木醋液進(jìn)行濃縮和分離。

3.2 樣品中有機(jī)酸含量的測(cè)定

從GC-MS分析結(jié)果中沒有檢測(cè)到乙酸成分，主要原因是樣品成分復(fù)雜，含有多種酚類化合物，嚴(yán)重干擾了分析過程。根據(jù)樣品的特性，本實(shí)驗(yàn)采用LC-MS聯(lián)用法，以選擇離子模式對(duì)樣品中的乙酸進(jìn)行了測(cè)定，同時(shí)采用0.1 mol·L-1NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)樣品中有機(jī)酸總含量進(jìn)行滴定（以醋酸計(jì)）。在原液處理量（V0）為300 L/h的條件下進(jìn)行，對(duì)應(yīng)低壓反滲透裝置的淡水流量（V1）為140 L/h，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。

表4 LC-MS聯(lián)用法和酸堿滴定法的測(cè)定結(jié)果

可得出以下結(jié)論，經(jīng)過膜裝置分離和濃縮，木醋液中有機(jī)酸的回收率超過90%，其中乙酸的回收率大于85%。

4 小結(jié)

木醋液經(jīng)濃縮處理后液體體積減小45.0%，有效提高了木醋液的實(shí)際濃度，后續(xù)開發(fā)利用可根據(jù)需要進(jìn)一步濃縮處理。出口淡水中不含大分子有機(jī)物，說明納濾膜能有效截留大分子物質(zhì)。根據(jù)低壓反滲透出口淡水樣品和木醋液原液樣品相比較，產(chǎn)品總有機(jī)酸回收率大于90%，乙酸的回收率大于85%。本實(shí)驗(yàn)采用膜技術(shù)對(duì)木醋液冷進(jìn)行濃縮處理，既有利于木醋液的進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用，也能有效減少環(huán)境污染使之具有商品化價(jià)值，同時(shí)也為秸稈炭化這一可再生能源項(xiàng)目推廣應(yīng)用提供了支持，具有較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 周 嶺，蔣恩臣，張 強(qiáng)，等.木醋液的精制方法及其在農(nóng)林生產(chǎn)上的應(yīng)用［J］.可再生能源，2007，25（4）：56-60.

［2］ 錢慧娟.木醋液的制造及其應(yīng)用［J］.世界林業(yè)研究，1994，（2）：59-62.

［3］ 樸 哲，閆吉昌，崔香蘭，等.木醋液的精制及有機(jī)成分研究［J］.林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)，2003，23（2）：17-20.

Study on Condensed Process of Wood Vinegar by Membrane Technology

QIAO Yu-yan1，WANG Hong-li2，REN Bao-zeng1
（1.CollegeofChemicalEngineeringandEnergy，ZhengzhouUniversity，Zhengzhou 450001，China；2.Henan Chemical Industry Research Institute Co.Ltd，Zhengzhou 450052，China）

Crude wood vinegar from Sanli New Energy Co.Ltd.is condensed by membrane technology of separation containing ultrafiltration，nanofiltration and reverse osmosis.The result shows，the recovery of total organic matter of original liquid can reach more than 90%and recovery of acetic acid is more than 85%while treatment capacity is about 300 L/h.at the same time，water content of wood vinegar can reduce 45%after treated with single membrance module.

wood vinegar；membrane technology；condensed process

TQ216

A

1003-3467（2010）09-0036-02

2010-02-01

喬玉彥（1979-），男，碩士研究生，研究方向?yàn)榭稍偕茉?。?lián)系人：任保增（1962-），教授，博導(dǎo)，從事化工熱力學(xué)與生質(zhì)可再生能源的研究，E-mail：renbz@zzu.edu.cn.