柚子皮副产物多联产工艺设计研究

摘要：设计了一种柚子皮副产物的多联产生产工艺，实现了柚子皮生物质吸附剂的制备工艺及柚子皮精油提取工艺的螯合。在柚子皮吸附剂制备工艺中采用有机溶液作为化学活化剂，在活化柚子皮结构的同时提取了柚子皮精油。工艺中设计了有机溶液回收系统和循环使用系统，用于解决现有制备工艺中产生的大量酸碱盐废液而造成环境污染的技术问题，提高了能源的利用率和生产效率，增加了效益。

关键词：多联产工艺；柚子皮吸附剂；柚子皮精油；节能减排

柚子皮是纯天然的吸附剂，具有一定的抗菌性能等［1－2］。柚子皮呈多孔结构，柚子皮的白色絮状层中含量大量的纤维素，纤维素的内部存在大量的孔，有的孔排列紧密，呈蜂窝状，孔壁具有螺旋形节纹；有的孔排列疏松，孔壁无节纹，孔径较大［3－4］。由于柚子皮的多孔结构特性，将柚子皮加工成生物质吸附剂（简称柚子皮吸附剂），用于吸附污水中的有机大分子染料，有效地提高了柚子皮的利用率，减少了环境污染。目前关于柚子皮吸附剂的工艺大多采用物理活化法、化学活化法或物理化学活化法，其中，化学活化法制备出的吸附剂大孔、中孔结构丰富，对有机大分子物质的吸附效果较好。目前，大多数研究人员采用化学活化法对柚子皮进行改性处理，活化剂通常采用有机酸、无机碱，或盐类物质，或几种物质的混合物。毛艳丽等［5］以草酸为改性剂制备出改性柚子皮吸附剂用于吸附废水中的镉离子，结果表明其吸附性能良好。刘娟等［6］以氢氧化钾为活化剂，微波辅助制备柚子皮生物质活性炭用于对偶氮染料的吸附，其吸附率＞90％。王琼等［7］在柚子皮粉中加入FeCl3进行改性，将改性产物用于吸附去除水中的砷，结果表明，该改性吸附材料可以自动调节水的pH值，操作简单，无二次污染，可应用于含砷废水的预处理。但采用酸碱盐活化剂，在生物质活性炭的制备中会产生大量的酸碱盐废液，难以处理且无法循环使用，易造成环境污染，且增加生产成本，降低能源的利用率。本文设计了一种柚子皮副产物的多联产生产工艺，用以解决现有的柚子皮再生产物工艺在制备过程中产生的大量酸碱盐废液。

1实验部分

1．1多联产工艺流程的设计。采用有机溶液（作有机活化剂）提取柚子皮精油，工艺中设计有机溶液回收系统和循环使用系统，以解决制备工艺中产生的酸碱盐废液而造成环境污染的技术问题。柚子皮的副产物多联产设计方案包括两部分：柚子皮吸附剂制备工艺和柚子皮精油提取工艺，工艺流程如图1所示。1．2柚子皮吸附剂制备工艺。用蒸馏水将柚子皮冲洗干净，置于恒温干燥箱中，在50～70℃下烘干4～12h，将烘干后的柚子皮进行自然冷却。将冷却的柚子皮放入粉碎机中粉碎，将柚子皮粉末用75～830μm分子筛筛选。将筛选后的柚子皮粉末置于干燥器中保存备用。取5g柚子皮粉末和不同浓度、不同类型的有机溶液置于容器中进行常温活化（其中，有机溶液为乙醇、乙醚、乙酸乙酯等中的任意一种或几种的混合溶液）。活化后用蒸馏水洗涤（200mL×3）柚子皮粉末，再经过过滤、干燥得到活化柚子皮。将活化后的柚子皮装入耐高温封闭容器中，置于高温炉中进行炭化，炭化温度为500～900℃，炭化时间为30～150min，炭化后将耐高温封闭容器取出自然冷却，置于干燥器中保存。1．3柚子皮精油提取工艺。将活化柚子皮粉末的乙醇等有机废液（活化液相）进行过滤及多级蒸馏单元操作。通过过滤将活化液相中的废弃固体进行脱除。在40℃时，过滤后的液相通过多级蒸馏得到柚子皮精油初液。柚子皮精油初液用无水硫酸钠干燥24h，即制得柚子皮精油。将萃取液相的有效成分进行回收，重新循环使用，提高物质的利用率，减少环境的污染。

2工艺举例

选用乙醇、乙醚、乙酸乙酯溶液的单一组分或多组分为化学活化剂，通过柚子皮副产物多联产工艺制备出柚子皮吸附剂和柚子皮精油，并考察了所制得的柚子皮吸附剂对亚甲基蓝和碘液的吸附性能以及柚子皮精油的质量分数。工艺参数和实验结果如表1～表10所示。从表1～表10可以看出，不同质量浓度的同种有机活化剂和不同质量浓度的不同有机活化剂改性制备出的柚子皮吸附剂具有较高的亚甲基蓝和碘液吸附性能，并且其比表面积较大，孔容较小，孔率中以微孔、中孔和大孔大致均分，适宜吸附染料等有机大分子物质和重金属等无机小分子物质的混合物。

3结论

（1）以固体废弃物柚子皮为原料，经过柚子皮副产物多联产工艺可以同时制备出柚子皮吸附剂和柚子皮精油，提高资源的利用率，并提升产品的生产效率。在设计工艺中：采用有机溶液作为柚子皮吸附剂制备工艺过程中的化学活化剂，对柚子皮进行改性；同时采用有机溶液作为柚子皮精油的萃取剂，制备柚子皮精油；最后将有机溶液进行纯化浓缩，将其进行循环利用，可有效地提高能源的利用率，并降低传统工艺过程中对环境的污染。（2）经过试验验证，生产出来的柚子皮吸附剂对亚甲基蓝和碘液具有良好的吸附性能。通过比表面积和孔隙率检测，表明柚子皮吸附剂具有较高的比表面积和较低的孔容，并且高中低孔率基本相等，可同时吸附大小分子物质，适用于污水的预处理。

作者:崔帅 单位:广安职业技术学院智能制造与能源工程学院