[发明专利]一种利用固体碱催化剂催化解聚木质素的方法

说明书

技术领域

本发明涉及可再生能源和环境保护领域，特别涉及利用固体碱催 化剂催化解聚造纸厂及生物炼制过程中的木质素的方法。

背景技术

木质素作为天然高聚物，在自然界中的含量仅次于纤维素，广泛 存在于高等植物的细胞壁中。同时木质素是生物质资源中唯一含有芳 香环结构的高聚物，因此具有作为可再生芳烃制备原料的潜力。

目前在造纸工业中，每年生产超过5000万吨的木质素副产品，它 们绝大部分是通过浓缩后燃烧或者作为废液直接排放。就浓缩燃烧而 言，木质素的燃烧值比较低，而且木质素中含有的大量灰分也对燃烧 过程造成诸如设备腐蚀、效率低下及热值较低等缺点；而作为废液直 接排放，由于其分子量大，反应活性低，木质素在自然环境下降解非 常困难，会造成非常严峻的环境问题。因此，环境友好并且高效地利 用木质素迫在眉睫。

从元素组成的角度来说，木质素包括碳、氢和氧。因此从理论上 讲，通过适当的催化解聚和脱氧步骤，可以由木质素生成碳氢化合物 (生物燃料)。但从实际工艺过程中，由于木质素解聚产物对热及化学 环境均不稳定，很容易发生再聚合反应，因此木质素的高效解聚成了 目前木质素利用领域中最具挑战性的课题。目前在木质素解聚反应中 应用最广的催化剂为均相溶液碱，如氢氧化钠或氢氧化钾水溶液。该 类催化剂能在温和的反应条件下得到较高收率的产物，并且反应速率 相对较快。但也具有很多缺点，譬如在后续的处理过程中，需要用酸 来中和其溶液碱催化剂，且在纯化其产品过程中，还需要用大量的水， 这不仅大幅度提高其成本，而且还产生大量的废水。此外，均相溶液 碱催化剂的回收利用也比较困难，同样会进一步增大成本。木质素碱 解过程的上述缺点与其使用的均相碱催化剂直接相关。

发明内容

有鉴于此，本发明在于提供一种原料适应性广、反应条件温和、 催化剂可重复利用、反应效率较高的利用固体碱催化剂催化解聚木质 素的方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种利用固体碱催化剂催化解聚木质素的方法，包括如下步骤： (1)制备固体碱催化剂；(2)利用固体碱催化剂催化解聚木质素。

上述利用固体碱催化剂催化解聚木质素的方法，在步骤(1)中， 具体包括如下步骤：(1-1)将Mg(NO₃)₂和Al(NO₃)₃溶于水中形成混合 盐溶液；(1-2)将NaOH和Na₂CO₃溶于水中形成碱溶液；(1-3)将混合 盐溶液和碱溶液引入到反应器中进行搅拌、混合、反应；(1-4)将所 得沉淀产物进行晶化、离心分离、去离子水洗涤，100℃下干燥获得 Mg-Al/LDH。

上述利用固体碱催化剂催化解聚木质素的方法，在步骤(1-1)中： Mg(NO₃)₂与Al(NO₃)₃的物质的量之比为1.5:1-3:1，Mg(NO₃)₂在混合盐 溶液中的质量百分比浓度为15-20wt％。

上述利用固体碱催化剂催化解聚木质素的方法，在步骤(1-2)中： NaOH与Na₂CO₃的物质的量之比为1:4-1:6,Na₂CO₃在碱溶液中的质量 百分比浓度为5-10wt％。

上述利用固体碱催化剂催化解聚木质素的方法，在步骤(1-3)中： 混合反应温度为30-40℃，混合盐溶液和碱溶液引入反应器中的流速 之比为1:0.2-0.6。

上述利用固体碱催化剂催化解聚木质素的方法，在步骤(2)中： 在高压釜式反应器、浆态床或固定床中进行解聚反应，反应温度为 100-300℃，反应压力为水在反应温度下的自生压力。

上述利用固体碱催化剂催化解聚木质素的方法，在步骤(2)中： 在高压釜式反应器中进行解聚反应，反应温度为200-250℃，反应压 力为水在反应温度下的自生压力。

上述利用固体碱催化剂催化解聚木质素的方法，在步骤(1-4)之 后还包括如下步骤(1-5)：采用等体积浸渍法向Mg-Al/LDH引入Co、 Ni、Cu和Mo中的一种或多种过渡金属，过渡金属引入量为Mg-Al/LDH 质量的0.5-10wt％。