[发明专利]生物质制备乙酰丙酸或同时联产γ-戊内酯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物质制备乙酰丙酸或同时联产γ-戊内酯的方法，属于固体废弃物处理与资源化领域。

背景技术

乙酰丙酸及其衍生物γ-戊内酯是重要的生物质基平台化合物，目前在以木质纤维素为原料制备乙酰丙酸和γ-戊内酯的过程中通常以液体酸为催化剂且在水相中进行，存在着着产物收率低、催化剂与产品分离成本高的难题。固体酸的使用解决了催化剂的回收问题，然而在水相中由于木质纤维素和固体酸均为固体，两者很难实现均匀接触，导致了反应效率大大降低。为了解决这个问题，有人将反应过程分为两步，第一步通过预处理将纤维素转化为葡萄糖，然后利用固体酸将第一步生成的葡萄糖转化为乙酰丙酸。两步法增加了整个过程的成本，限制该工艺的发展，而且大量水的存在会使固体酸的酸位流失，造成固体酸催化剂失活。如果能找到合适的非水相溶剂，将半纤维素和纤维素溶解，然后再利用固体酸催化，则效率会大大提升，同时能够避免固体酸催化剂失活。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物质制备乙酰丙酸或同时联产γ-戊内酯的方法，与其它技术相比本发明具有成本低、催化剂易分离、产物收率高等优点。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种生物质制备乙酰丙酸的方法，至少由以下工序组成；

（1）将生物质与γ-戊内酯水溶液混合，混合比例按生物质与γ-戊内酯重量比为1:（5～200），在加热的条件下对生物质进行溶解；加热温度为80-200℃；

（2）将工序（1）得到的混合物进行过滤，得到滤液和滤渣；

（3）将工序（2）中的得到的滤液在添加催化剂的条件下进行化学反应制备乙酰丙酸；添加的催化剂为固体酸，固体酸与滤液的重量比为1:（100～4），反应温度为80-260℃；

（4）将工序（3）中反应后的混合物进行过滤，将固体酸与滤液分开。

（5）将工序（4）中得到的滤液进行蒸馏，将乙酰丙酸、水和γ-戊内酯分开。

利用生物质制备乙酰丙酸同时联产γ-戊内酯的方法，至少由以下工序组成；

1）将上述的工序（4）中得到的滤液加入Ru、Ni或Pt基催化剂，催化剂与乙酰丙酸的重量比为1:（100～4）；

2）将步骤1）中反应后的混合物进行过滤，将催化剂和滤液分开；

3）将步骤2）得到的滤液进行蒸馏，将乙酰丙酸、水和γ-戊内酯分开。

所述的生物质的主要成分为纤维素、半纤维素和木质素中的一种或几种。

所述工序（1）中γ-戊内酯的水溶液中γ-戊内酯含量为90%-95%。

所述固体酸为分子筛类、离子交换树脂、杂多酸等。

所述工序（2）中得到的滤渣可作为燃料或其他用途使用。

生物质中的纤维素和半纤维素溶解于γ-戊内酯后，与固体酸的接触面积大大提高，提高了反应效率和产物产率。固体酸回收后可重新利用，避免了废酸排放，降低了成本，且不会对环境造成污染。最终产品为γ-戊内酯时，避免了产物与溶剂的分离，大大降低了成本。

本发明的有益效果：

本发明以γ-戊内酯为溶剂对生物质进行溶解，然后利用固体酸对溶解的物质进行催化水解制备乙酰丙酸，然后在催化剂存在的条件下对乙酰丙酸进行加氢还原制备γ-戊内酯。该发明解决了目前利用生物质制备乙酰丙酸和γ-戊内酯的过程中大量水的存在造成的产物收率低、催化剂易失活、产物分离成本高的难题。

附图说明

图1是生物质制备乙酰丙酸的工艺流程图；

图2是生物质制备乙酰丙酸同时联产γ-戊内酯的工艺流程图

1-溶解系统；2-滤渣过滤系统；3-水解系统；4-固体酸过滤系统；5-蒸馏系统；6-催化反应系统；7-催化剂过滤系统

I-生物质；II-滤渣；III-固体酸；IV-乙酰丙酸+γ-戊内酯；V-γ-戊内酯溶液；VI-乙酰丙酸；VII-催化剂

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：