[发明专利]一种自农林废弃物生产5‑羟甲基糠醛的方法

说明书

技术领域

本发明属于三废处理与综合利用技术领域。

背景技术

石油、煤和天然气是维持现代文明社会正常运转的重要资源。然而，这些化石资源的广泛使用造成了严重环境污染和温室效应。此外，从长远趋势来看，由于工农业生产的增长和人们消费水平的不断提高，石油、煤和天然气的供应会越来越紧张，将对世界各国的经济和社会生活造成严重影响。为了保护环境，实现温室气体减排，缓解资源供需的紧张状况，世界各国均在加紧开发利用生物质资源以部分替代石油、煤和天然气。生物质资源主要是农林废弃物，包括各种农作物秸秆、森林采伐或木材加工后丢弃的树枝、树皮、落叶和木屑等，它们具有资源量大(中国的产生量约20亿吨/年)，可再生，不与人争粮，不与粮争地的优点。

本发明专利拟提供一种以农林废弃物作为原料生产5-羟甲基糠醛的方法。

5-羟甲基糠醛是一个类似石化工业中乙烯的平台化合物，成为近年来的研究重点，被美国能源部推荐为12个生物能源化工中间体之一，它可以扮演平台化合物的角色，成为沟通生物资源和化学工业的桥梁。5-羟甲基糠醛分子中含有一个醛基和一个羟甲基，通过加氢、氧化、酯化、缩合、卤化、聚合等加工工艺可以生产医药、树脂、燃料等诸多化工产品。目前国内5-羟甲基糠醛主要应用在高分子材料合成单体及药物制备中间体上，每年国内需求在8-10吨左右，其中有将近50％的量需要从国外进口。从2000年5-羟甲基糠醛应用以来，因为产量小，技术落后的原因，它的价格一直都很高。

5-羟甲基糠醛可以通过酸催化果糖或葡萄糖脱水制备。但是,该方法存在原料价格昂贵、对设备腐蚀严重、副产物多、废水排放量大等问题,不符合化学工业绿色化的发展方向。近年逐渐研究开发了利用农林废弃物生产5-羟甲基糠醛的技术路线，但这些技术路线均使用了固体酸催化剂或其它金属化合物催化剂，反应在离子液体中进行，成本较高。此外，由于农林废弃物由纤维素、半纤维素和木质素三种组分构成，而制备5-羟甲基糠醛的有效原料是纤维素，这就会造成以农林废弃物作为原料生产的5-羟甲基糠醛纯度较低，伴随的副产物多。即使利用纯纤维素作为原料生产，也存在纯纤维素原料成本、以及使用的催化剂和反应溶剂成本较高的问题。

本发明专利提出了一种新的自农林废弃物生产5-羟甲基糠醛的方法，该方法分为两步，第一利用高压热水从农林废弃物中分级萃取纤维素，然后纤维素在碱性条件下的高压热水中发生裂解反应，获取高纯度5-羟甲基糠醛产品。相对其它5-羟甲基糠醛的生产技术，本方法具有成本低廉，无三废排放，产品纯度高的优点。

发明内容

一种自农林废弃物生产5-羟甲基糠醛的方法详细叙述如下：

首先，将农林废弃物粉碎成为20目～35目(417μm～833μm)的颗粒，然后将农林废弃物颗粒装入反应釜。向反应釜内通过压力为2.0Mpa-5.0Mpa，温度为150℃-180℃的蒸馏水，通入时间持续15min-20min，农林废弃物中的半纤维素和大部分木质素将被萃取出来，随水流流出反应釜。

然后，向反应釜内通入压力为2.0Mpa-5.0Mpa，温度为230℃-260℃蒸馏水，通入时间持续20min-30min，农林废弃物中的纤维素将被萃取出来。收集这部分含有纤维素的水溶液。

其次，向含有纤维素的水溶液投加NaOH，使之pH值为9-11，将该水溶液加热至200℃-300℃，同时控制溶液压力为3.0Mpa-6.0Mpa，纤维素发生裂解反应，整个反应时间持续1.5min-2min，获得富含5-羟甲基糠醛产品的溶液。

最后，将获得的富含5-羟甲基糠醛产品的溶液过滤，滤除固体杂质；在减压条件下(表压4kpa-7kpa)减压蒸发该溶液的水分(蒸发温度30℃-40℃)，5-羟甲基糠醛产品将结晶析出，获得纯度为90％-95％，产率为45wt％的5-羟甲基糠醛产品。

具体实施方式

实施例一：

[1]将农林废弃物粉碎成为20目(833μm)的颗粒，然后将农林废弃物颗粒装入反应釜。向反应釜内通过压力为2.0Mpa，温度为150℃蒸馏水，通过时间持续15min，农林废弃物中的半纤维素和大部分木质素将被萃取出来，随水流流出反应釜。

[2]向反应釜内通入压力为2.0Mpa，温度为230℃的蒸馏水，通入时间持续20min，农林废弃物中的纤维素将被萃取出来。收集这部分含有纤维素的水溶液。