[发明专利]一种复合催化剂、其制备方法和木质素的解聚方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物资源利用技术领域，更具体地说，是涉及一种复合催化剂、其制备方法和木质素的解聚方法。

背景技术

现今，制备高附加值化学品的原料大多来源于石油。石油作为一种不可再生的化石能源，随着近百年以来的大规模开采而几近枯竭，因此寻找一种可替代的原料显得至关重要且日趋紧迫。而木质纤维素类生物质是唯一一种可实现此项需求的可再生资源，每年我国会产生农业秸秆7.0亿吨以上，林业废弃物2.7亿吨以上，这为制备高附加值化学品提供了丰富的原料。

木质素是木质纤维素的三种主要成分之一，它是一种广泛存在于包括各种草本植物在内的所有维管植物细胞壁的芳香类生物聚合物，其中，禾本植物中木质素的含量一般为15％～25％，木本植物中木质素的含量一般为20％～40％，因此木质素是地球上含量最为丰富的生物质种类之一。从化学的角度讲，木质素是由多种苯丙烷子结构交叉偶联构成的大分子。研究表明，木质素是一种可以应用于生产高附加值芳香类化学品的可再生能源，在适当的条件下，木质素经解聚后，可以得到香草醛、香草乙酮、异丁香酚、高香草酸等产物，这些木质素的解聚产物在生物、化工、医疗等方面有广泛的用途及应用前景，因此，木质素是制备高附加值化学品的优良原料，研究木质素的解聚反应具有十分重要的意义和广阔的前景。

目前，研究较多的木质素解聚方法包括催化氧化法和催化加氢法。由于木质素是三维高分子网状化合物，其结构具有结构的稳定性和复杂性的特点，因此上述常规的解聚方法都需要苛刻的反应条件，例如高温高压等，使得反应能耗大、对设备要求高，大大提升了生产成本；同时，采用传统方法对木质素进行解聚后，产物中高附加值化学品含量不高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供了一种复合催化剂、其制备方法和木质素的解聚方法，本发明提供的复合催化剂能够在温和条件下催化解聚木质素，成本低，且产物中高附加值化学品含量高。

本发明提供了一种复合催化剂，包括：

含钛化合物；

负载在所述含钛化合物上的改性剂；

所述改性剂为富勒烯和/或富勒烯衍生物。

优选的，所述含钛化合物包括二氧化钛、TiO₂/MCM-41、TiO₂/SBA-15和Bi₂TiO₄F₂中的一种或多种。

优选的，所述改性剂与含钛化合物的质量比为(0.1～10)：100。

本发明还提供了一种复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：

a1)将改性剂与有机溶剂混合，得到溶液A；

b1)将溶液A与含钛化合物混合，进行复合，得到复合催化剂；

所述改性剂为富勒烯和/或富勒烯衍生物。

优选的，步骤a1)中所述溶液A的浓度为0.5g/L～1.5g/L。

优选的，步骤b1)中所述复合的温度为20℃～200℃，时间为1h～40h。

本发明还提供了一种木质素的解聚方法，包括以下步骤：

a2)将木质素和碱性溶液混合，得到溶液B；

b2)将溶液B、催化剂和空气接触，进行光催化反应，得到木质素解聚产品；

所述催化剂为上文所述的复合催化剂。

优选的，步骤a2)中所述将木质素和碱性溶液混合的过程具体为：

将所述木质素溶解在所述碱性溶液中，进行pH值调节，得到溶液B；

所述溶液B的pH值为3～12。

优选的，步骤b2)中所述溶液B中的木质素与催化剂的质量比为1：(0.01～10)。

优选的，步骤b2)中所述光催化反应的光照条件为氙灯发出的光或太阳光，时间为1h～100h；

所述氙灯的功率为50W～5000W。

本发明提供了一种复合催化剂及其制备方法，所述复合催化剂包括：含钛化合物；负载在所述含钛化合物上的改性剂；所述改性剂为富勒烯和/或富勒烯衍生物。本发明提供的复合催化剂能够催化木质素的解聚反应，包括以下步骤：a2)将木质素和碱性溶液混合，得到溶液B；b2)将溶液B、催化剂和空气接触，进行光催化反应，得到木质素解聚产品；所述催化剂为本发明提供的复合催化剂。与现有技术相比，本发明提供的复合催化剂能够在温和条件下解聚木质素，反应能耗小、成本低；同时，产物中高附加值化学品含量高。实验结果表明，采用本发明提供的木质素的解聚方法得到的木质素解聚产品中高香草酸的质量分数在67％以上，香草醛的质量分数在16％以上。