[发明专利]用于从木质类生物质原料物质制备糠醛衍生物的金属催化剂组合物及利用该金属催化剂组合物的糠醛衍生物的制备方法有效

专利信息
申请号: 201180019103.7 申请日: 2011-04-14
公开(公告)号: CN102844114A 公开(公告)日: 2012-12-26
发明(设计)人: 赵镇玖;金相龙;李度勋;金博拉;郑在原 申请(专利权)人: 韩国生产技术研究院
主分类号: B01J27/132 分类号: B01J27/132;B01J27/138;C07D307/48
代理公司: 北京邦信阳专利商标代理有限公司 11012 代理人: 王昭林
地址: 韩国忠*** 国省代码: 韩国;KR
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摘要:
搜索关键词: 用于 木质 生物 原料 物质 制备 糠醛 衍生物 金属催化剂 组合 利用 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及用于从木质类生物质原料物质制备糠醛衍生物的金属催化剂组合物及利用该金属催化剂组合物的糠醛衍生物的制备方法,尤其涉及不同于现有技术中需经过多步骤工艺,而是通过在最佳的反应条件下使用多种金属催化剂来无需额外的单糖化过程等,也能够以单一工艺来转化为糠醛衍生物,由此可以显著降低工艺费用的用于从木质类生物质原料物质制备糠醛衍生物的金属催化剂组合物及利用该金属催化剂组合物的糠醛衍生物的制备方法。

背景技术

有限埋藏量石油资源的持续减少以及BRICs等新兴发展中国家的快速增长对石油需求的剧增导致了市场供求的不均衡和高油价时代的到来。尤其对非循环资源石油的无差别的使用引起了巨量的温室气体非可逆地产生,从而导致地球温暖化等严重的环境问题,随之全球规定根据温室气体的排放量征收费用的强制性规定,以此强有力地制止如石油等非循环资源的使用。

以先进国家为中心已经进行着通过如生物质等可再生及可持续使用的资源来代替石油资源的诸多努力,不仅工业生产如生物乙醇、生物柴油等生物燃料,还工业生产作为高分子材质的原料物质的如乳酸、丙二醇等源于生物质的化学物质。

但是,目前以工业方式生产的源于生物质的燃料及原料物质主要是将如糖类(甘蔗、甜菜等)、淀粉类(玉米、土豆、地瓜等)等利用于粮食的作物类生物质资源作为供应源所使用,因此通过减少以往的农耕地导致了粮食价格的上升,在国际社会引起了对世界粮食问题的激烈争论。

为了解决这种问题,作为可代替源于淀粉类的碳水化合物的蔗糖(sucrose)或淀粉(starch)的成分,如从在非耕地以旺盛的生长力自生自长的植物、农作物耕作后剩下的残留物、废弃木质资源等木质类生物质可提取的碳水化合物,即纤维素(cellulose)和半纤维素(hemicellulose)备受人们的关注。

尤其,每年通过光合作用新产生巨量的作为可从木质类生物质提取的碳水化合物高分子的纤维素和半纤维素(生产量:1,270亿吨/年),目前只有其中的3~4%左右被使用,因此美国、欧洲、日本等先进国家正兴隆地进行着为了使用源于木质类生物质资源的纤维素和半纤维素的研究。

从木质类生物质获取的碳水化合物高分子是己糖或戊糖以线形或二维地连接的多糖类物质,一般通过基于加水分解的单糖化过程(Saccharification),转化成作为己糖的葡萄糖或果糖以及作为戊糖的木糖之后,经由分离精制过程适应到作为续后工艺的生物发酵或催化剂化学工艺中。

具体来讲,从木质类生物质供应源获取最终化合物的一般的制备方法需要以下工艺:(a)前处理工艺,从生物质供应源提取多糖类碳水化合物高分子;(b)单糖化工艺,从所提取的碳水化合物高分子获取作为己糖的葡萄糖或果糖以及作为戊糖的木糖;(c)对所制备单糖类化合物的分离精制工艺;以及(d)为了获取最终化合物的生物发酵或催化剂化学工艺的多步骤工艺。在经过该种多步骤工艺的过程中,存在生产费用增加、收益率下降的问题。

另外最近,源于该种生物质(biomass)的糠醛衍生物化合物广泛受到人们的关注,其中用下面的结构式示出的源于己糖的5-羟甲基-2-糠醛和源于戊糖的2-糠醛是具有代表性的核心平台(platform)物质,其通过各种转换反应可被广泛使用为下一代生物燃料或生物基塑料的单量体及粘合剂、胶粘剂、涂层剂等亲环境精密化学产品,因此人们正活跃地研究着可以用于大量生产的方法。

[羟甲基-2-糠醛(HMF)的结构式]

[2-糠醛(2-Furfural)的结构式]

首先,从源于生物质的碳水化合物制备HMF的具有代表性的技术是,将源自玉米糖浆等的果糖作为起始物料,在酸催化剂的条件下通过脱水反应来获取,这是因为五元环结构的果糖不同于六元环结构的糖类化合物,无需额外的异构化反应也能够容易获取呋喃结构。Wisconsin Madison大学的Dumesic团队报告了以果糖为起始物料在多重溶剂中通过酸催化剂转化反应来生产HMF的技术[Science,2006,312,1933-1937.],该技术可以获取30wt%以上的高浓度HMF,能够达到优秀的工艺效率性。

但是,使用为起始物料的果糖存在生物质供应源具有局限性,且主要存在于农作物里的缺陷,在上述技术中,显示出最佳性能的溶剂的沸点高,为了将之除去需要高能量的蒸馏工艺,因此需要新的分离工艺技术。与果糖相比更广泛存在于自然界,且源自木质类生物质的作为纤维素单量体的葡萄糖是很容易被供应的物质,但是其为六元环结构,在以往的酸催化剂中无法转化为呋喃类结构的化合物。

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