糠醛无法通过化学合成，如何提高产量？

糠醛由植物纤维原料中的高聚糠(纤维素、半纤维素)在一定温度和催化剂作用下，水解成戊糖(单糖)，戊糖再脱水即生成糠醛。作为重要的化工原料，用糠醛直接和间接合成的化工产品有1600多种，广泛应用于合成塑料、医药、农药等工业。它还是极好的有机溶剂，用于提炼高级润滑油和柴油。

生产糠醛的原料很多, 如阔叶木材、油茶壳、棉籽壳、干蔗渣、玉米芯、稻壳等。吨糠醛消耗玉米芯11～13t，稻壳则消耗22t。由于目前尚不能用化学法合成，使用生物质水解再脱水制取糠醛成为唯一方式。

现有工艺的不足

国内外主流的糠醛生产工艺主要有QuakerOats工艺、Agrifuran工艺、Petrole-chimie工艺、EscherWyss工艺及Rosenlew工艺。在我国北方，多采用改进的华夏83技术，用固定床反应器和连续动态精制法生产。

上述工艺存在以下问题：

一是收率低：只有理论值的50%左右，且反应时间较长。同时，糠醛与木糖及反应中间产物之间也会发生交互聚合反应。

二是腐蚀和废水难治理。腐蚀设备，且其分离和循环使用非常困难，而稀酸水解法还会导致大量酸性糠醛废水产生，治理难度极大。

三是耗能巨大。使用蒸汽作为热源和萃取剂耗能巨大，消耗蒸汽量是糠醛产量的30-50倍。换句话说，生产糠醛的最大成本就是蒸汽。此外，粗醛中水分含量非常高，导致后续精制提纯过程成本亦较高。

四是危险因素多。在糠醛生产过程中存在着火灾、爆炸、中毒、噪声等危险因素，如果管理不到位，极易造成大量的人员伤亡和财产损失。

工艺的改进

我国在改进糠醛生产工艺方面的探索从未停止。提高糠醛产率的工艺改进集中在提高反应温度、增加酸强度和缩短反应时间。此外，在用硫酸作催化剂的基础上添加过磷酸钙、重过磷酸钙、硝酸盐及氯化铵等添加剂也被用于生产糠醛的实践中，称为“改良硫酸法”。此法可使糠醛产率进一步提高，并能使醛渣变为中性复合肥料。

以上改进方法在提高糠醛收率方面均有所进步，但是其重点均在于对糠醛生产进行过程优化控制，并没有彻底解决能耗和环境污染的问题。

要彻底解决糠醛生产过程中收率、环境污染、能耗及安全的问题，需要对现有的生产工艺进行全面革新，而主要的突破点是开发新型绿色催化体系和溶剂体系，探索新的糠醛制备方法。

一是选择催化剂。热稳定性好的非均相催化剂的开发逐渐受到重视。无机盐(酸式盐、强酸弱碱盐)和金属氧化物(TiO2、ZrO2、ZnO、Fe2O3)也被用作制备糠醛的催化剂，这类催化剂可显著降低对设备的腐性，也使醛渣易于处理，但催化效果有待进一步提升。

二是改变加热方式。新的加热方式如微波加热法，使糠醛产率得到进一步提高。

三是改变分离方法及添加剂。及时将生成的糠醛从反应体系中移出，是提高糠醛选择性的一个重要途径。加入有机溶剂，可以把水相中的糠醛迅速萃取到有机相中，既可有效抑制副反应的发生，同时可减少废水排放，而有机相自身还可以回用，但有机溶剂的毒性不容忽视。新的糠醛分离方法如采用超临界CO2作萃取剂、用高分子吸附剂进行分离以及N2同步分离等方法均被用于分离糠醛。