[发明专利]一种磺酸型离子液体醇解液化木质生物质的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物质化学品与能源领域，具体涉及一种磺酸型离子液体醇解液化木质生物质的方法。 

背景技术

随着石油、煤炭、天然气等不可再生资源的日益匮乏，以及全球性的环境污染问题，高效开发利用可再生生物质就显得十分迫切。然而，生物质不是由纤维素、木质素和半纤维素等组分简单混合而成，而是依靠它们各自内部及相互间的氢键、醚键和范德华力等链接作用形成的具有致密复杂三维网络结构的天然高分子材料，因此开发高效、清洁的生物质转化利用方法是一个相当棘手的科学难题。目前，生物质的醇解液化因具有液化率高、液化压力和液化温度低、产物分布窄等优点，是一个非常有应用前景的生物质有效利用途径。生物质的醇解液化方法主要有无催化的高温液化（240-270 ℃）和采用硫酸、盐酸、磷酸等液体酸的低温催化液化（80-200 ℃）。上述两种方法中涉及到毒性较强的有机溶剂或易腐蚀设备的传统液体酸，因此降低了它们的“绿色程度”。近年来，离子液体因具有无毒、无腐蚀性、可忽略的蒸汽压、宽的液程、溶解性能好、易于循环利用等诸多优点，成为传统有机溶剂的理想替代溶剂，受到了科研工作者的广泛关注。其中，磺酸型离子液体不仅具有离子液体的优越物化特性，还具备酸性可调的优点，有望广泛应用于传统液体酸催化的化学反应体系中，为酸催化反应过程的清洁工艺开发提供新方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磺酸型离子液体醇解液化木质生物质的方法。本发明采用磺酸型离子液体替代硫酸、盐酸、磷酸等传统液体酸，作为生物质醇解液化的催化剂，解决了生物质醇解液化过程中传统液体酸腐蚀设备、易流失和难回收利用等问题，实现生物质醇解液化制备生物质油的清洁生产。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种磺酸型离子液体醇解液化木质生物质的方法，包括磺酸型离子液体的合成、木质生物质的预处理和木质生物质的醇解液化。

所述的方法的具体步骤如下：

1）磺酸型离子液体的合成；所述的磺酸型离子液体是[Hmim]HSO₄、[Bmim]HSO₄、[Psmim]HSO₄和[Bsmim]HSO₄；其合成过程是：

[Hmim]HSO₄离子液体：0.3mol浓硫酸与30mL水充分混合，缓慢滴入0.3mol 1-甲基咪唑中， 于80℃反应8h，经减压蒸馏和100℃真空干燥12h后，用乙酸乙酯洗涤3次，获得[HMIM]HSO₄离子液体（1-甲基咪唑硫酸氢盐），其结构式如下：

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[Bmim]HSO₄离子液体：0.3mol 1-甲基咪唑与等量溴代正丁烷于70℃下搅拌反应4h，乙酸乙酯洗涤3次，减压蒸馏除去乙酸乙酯，并在80℃真空干燥24h后，与等摩尔的NaHSO₄、20mL甲醇混合，于40℃下反应24h后，经过抽滤、减压蒸馏和80℃真空干燥24h后，获得[Bmim]HSO₄离子液体（1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐），其结构式如下：

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[Psmim]HSO₄离子液体：0.3mol 1,3-丙烷磺酸内酯通过缓慢滴加，与冰浴中等量1-甲基咪唑充分混合，于40℃下反应48h，乙酸乙酯洗涤3次，经减压蒸馏和80℃真空干燥24h后，再与等量硫酸于80℃下反应24h，在减压蒸馏和100℃真空干燥后，获得[Psmim]HSO₄离子液体（1-(4-磺酸基)-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐），其结构式如下：

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 [Bsmim]HSO₄离子液体：0.3mol 1-甲基咪唑与等量1,4-丁烷磺酸内酯充分混合，在40℃下反应48h，乙酸乙酯洗涤3次，在减压蒸馏和80℃真空干燥24h后，与等量硫酸于80℃下反应24h，再经减压蒸馏和100℃真空干燥后，获得[Bsmim]HSO₄离子液体（1-(3-磺酸基)-丙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐），其结构式如下：

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2）木质生物质的预处理：将木质生物质粉碎、筛分后于105℃下干燥12-24h备用；