[发明专利]一种醚类能源及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种能源，特别涉及一种醚类能源及其制备方法与应用。

背景技术

随着工业化的发展，能源的需求量急剧增加，能源短缺问题日益加剧。全球石油资源能源预计可开采48年，我国的石油、煤炭和天然气预计分别可开采22年，90年和80年。全球矿物燃料资源开采量将进入下降期，如不及时开发可替代能源，世界将面临严重的能源危机。

生物质能源是最理想的替代能源。全球每年通过光合作用合成的纤维质近2000亿吨，其中农业和食品加工产生的废弃物135亿吨。我国是农业生产大国，每年产生的秸秆、麸皮类副产品达10亿多吨，其中秸秆7亿吨、稻壳3386万吨、玉米芯1250万吨、甘蔗渣7700万吨、棉子壳200万吨、大豆皮300万吨；加上林业加工废弃物，纤维质废弃物达20多亿吨。将这些植物纤维质降解并转化为液体燃料不仅可满足我国的能源需求，而且可解决农业废弃物出路问题。

目前利用纤维质生产液体燃料的方法主要有两类：燃料乙醇和纤维质裂解。利用纤维质生产燃料乙醇是全球研发热点，利用纤维质生产燃料乙醇必须先将纤维质降解为单糖再发酵生产酒精。由于受降解效率、水解度、糖降解物组成(微生物只能发酵单糖，且对戊糖和己糖必须分步发酵)等影响，利用纤维质生产燃料乙醇在成本上还无法和矿物油竞争。因此，目前燃料乙醇的生产还停留在以粮食资源(淀粉或蔗糖)为发酵基质阶段。纤维质裂解是指将纤维质在高温、高压下裂解获得液体能源，该法能耗大，生产周期长，目前还停留在实验室阶段。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种醚类能源的制备方法。该制备方法可用通过水解玉米芯，蔗渣，麦麸或农作物秸秆等废料获得的单糖，低聚糖及其糖醇为原料。

本发明的另一目的在于提供通过上述制备方法得到的醚类能源。

本发明的再一目的在于提供所述醚类能源的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种醚类能源的制备方法，包含以下步骤：以单糖、低聚糖、或其糖醇为原料，原料为液体时可不加水，原料为固体时先用水溶解；接着加入相当于糖或糖醇中自由羟基摩尔数1～3倍的催化剂和相当于糖或糖醇中自由羟基摩尔数1～3倍的醚化试剂，于80～160℃搅拌反应，形成脂相和水相，从脂相中分离纯化得到糖或糖醇的醚类化合物；

所述的催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钡或氧化银中的至少一种；

所述的单糖优选为含3～8个碳原子的醛糖或酮糖，更优选为木糖或蔗糖；

所述的低聚糖优选为由2～6个同种的或不同种的单糖形成的单一低聚糖或低聚糖混合物，更优选低聚果糖；

所述的糖醇为单糖或低聚糖中的氢被还原后的产物；其中，单糖优选为含3～8个碳原子的醛糖或酮糖，低聚糖优选为由2～6个同种的或不同种的单糖形成的单一低聚糖或低聚糖混合物；

所述的糖醇优选甘露醇或丙三醇；

所述水的用量优选为原料质量的0.5～3倍；

所述醚化试剂为烷烃的一元氯或碘的取代物，如一氯甲烷、一氯乙烷、一氯碘甲烷、一氯碘乙烷等；

所述反应的时间优选为1～12h；

所述纯化的方式优选为下述方式中的任一种：①直接将脂相水洗至pH值为中性，干燥获得；②脂相用无机酸中和、水洗、干燥后获得；③将脂相蒸馏获得；④将脂相用有机溶剂萃取、蒸干有机溶剂获得；

所述的有机溶剂优选为石油醚；

一种醚类能源，由上述制备方法得到；

所述醚类能源作为燃料使用。

本发明的依据是：含有羟基的单糖，低聚糖以及其糖醇，其羟基中的氢在催化剂作用下游离，然后与醚化剂反应，得到糖或糖醇的醚化物。如用碱作催化剂、一氯乙烷做醚化剂的反应机理如下：

R(OH)_n+nOH^-→R(O^-)_n+nH₂O

R(O^-)_n+EthCl→R(OEth)_n+nCl^-

反应所得R(OEth)n即为本发明所指糖或糖醇的醚化物，该化合物为液体。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明所述的制备方法目前未见相关报道，并且该制备方法优势明显，其过程简捷，而且反应后所得醚类和下层碱液自动分层，分离方便。分离后的剩余碱液可以重复利用，废弃物废液排放量小，对环境友好。本发明所用反应装置简单，一般工厂均可满足。