[发明专利]利用纤维素生产山梨醇和甘露醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用纤维素生产山梨醇和甘露醇的方法。

背景技术

生物质的定义：光合作用的条件下，绿色植物利用太阳能，将CO₂，H₂O转化成植物体；木林，森林工业废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物等，都属于生物质。因此，生物质是可再生资源，而且来源广泛。目前的能源是以煤、石油、天然气为基础，这些化石资源最终会枯竭。基于生物质的定义和来源，它将会是化石资源的理想替代品。生物质中60％～80％组成是纤维素。因此，纤维素的有效转化，是生物质替代化石能源的关键步骤。纤维素是以葡萄糖单元通过β-1，4-糖苷键聚合的高分子，分子内和分子外的氢键使分子链和分子的构形非常稳定。纤维素的这种结构，使纤维素的定向转化成为一道技术难题。

目前从纤维素合成山梨醇和甘露醇的主要有两种方法：

1、通过无机酸水解纤维素，同时耦合加氢得到六碳醇多元醇，如山梨醇和甘露醇。加入的无机酸是：0.35-1.5％的H₃PO₄，反应温度为160-200℃，Ru/C为催化加氢催化剂。加入H₃PO₄的目的是使纤维素水解得到葡萄糖中间的产物，得到的葡萄糖迅速被Ru/C催化加氢，最终的到六碳多元醇。该方法的问题是：(1)H₃PO₄的加入是不绿色的过程，存在废酸液的排放，引起环境的污染；(2)H₃PO₄的加入，160℃-200℃的反应温度，对设备提出苛刻的要求，同时不可避免引起设备的腐蚀，增加设备投入费用。

2、通过固体酸水解纤维素，同时耦合加氢，得到山梨醇和甘露醇。催化剂是贵金属Pt，Ru，并将其负载到酸性载体上，反应温度190℃，反应时间24小时，六碳多元醇的产率为31％，其中山梨醇为25％，甘露醇为6％。该方法的问题是：反应时间太长，反应效率很低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的提供一种在水热条件下水自身产生的原位质子酸水解纤维素生产山梨醇和甘露醇的方法。

本发明所提供的生产山梨醇和甘露醇的方法，是将纤维素置于水中，在催化剂的作用下，于190℃-350℃，反应得到山梨醇和甘露醇。

所述催化剂选自Pd/C、Pt/C、Rh/C、Ru/C、Cu/C和Au/C中的一种或一种以上任意组合。

所述方法中，所述反应的时间可为1-4小时。

所述方法中，所述反应的压力为20atm—80atm(latm＝101.325kPa)，优选为60atm。

所述方法中，所述水为足量的，所述催化剂的添加量为0.1—0.4g/g纤维素。

上述方法，所述纤维素为微晶纤维素或天然纤维素。

本发明的方法通过水热条件下水自身产生的原位质子酸水解纤维素，同时将水解的中间产物进行耦合加氢，得到山梨醇和甘露醇。本发明的方法不需要加入无机酸，只需通过水热条件下水自身产生的原位质子酸水解纤维素，工业零排放，是绿色的过程；本发明的方法对设备要求低，对设备无腐蚀，投资小；水热条件下水自身产生的原位质子酸水解速率快，反应迅速，高效节能。本发明的方法反应体系简单，易于工业化，催化剂寿命长，无流失。本发明的方法中纤维素有很高的转化率可达到100％，山梨醇的产率可达到48％，甘露醇可达到30％。

具体实施方式

下述实施例中的方法，如无特别说明，均为常规方法。

实施例1、水解纤维素生产山梨醇和甘露醇

将1g微晶纤维素(microcrystalline，购自Alfa Aesar)置于装有足量的水中(50ml)的150ml反应釜中，加入0.4g Pd/C催化剂，充入H₂，使反应釜中的压力为60atm，加热至290℃，反应1小时。

按照下述方法，检测纤维素的转化率和山梨醇及甘露醇的产率：