[发明专利]改性SBA-15催化剂在生物质基化工品合成上的应用

说明书

技术领域

本发明涉及化工合成技术领域，更具体地，涉及改性SBA-15催化剂在生物质基化 工品合成上的应用。

背景技术

人类对化石能源的需求越来越大，而化石能源资源储量有限且不可再生，因此，生 物基质产品以其不可取代的优势成为世界关注的焦点。以生物质为原料生产环境友好的化 工品和绿色能源是实现可持续发展的必由之路，也是人类进入21世纪以后面临的新课题。

木质素（Lignin）是由多个苯丙烷结构单元（即愈创木基结构、紫丁香基结构和对 羟苯基结构等）组成的一种复杂酚类聚合物，木质素每年的再生速度在500亿吨左右，是植 物中仅次于纤维素的天然芳香有机物，也是自然界中唯一能提供大宗可再生芳香基化合物 的天然资源。从结构上来看木质素是一种无定型的、结构复杂的三维网状芳香类天然高聚 物，它广泛存在于高等植物中，与纤维素和半纤维素构成超分子体系，并填充在纤维素和半 纤维之间起到支撑和保护作用。据估计全球每年排出的工业木质素超过1.5亿吨，同时以秸 秆、甘露醇、稻壳等农林废弃物为主要原料的第二代乙醇燃料生产过程也会产生大量的木 质素副产品。虽然木质素具有来源广泛、可再生、储量丰富、价格低廉等优势，但受其结构复 杂、物理化学性质不均一等因素的影响，其绝大多数仅作为低热值燃料使用，至今依然未能 得到充分的利用。

据专家统计，我国每年能够收集起来作为资源的废弃油脂（俗称地沟油）的量在 400×10⁴吨左右，这是一笔很重要的替代石油资源。然而到目前为止，这部分废弃油脂并未 得到有效利用，从而造成严重环境污染，堵塞下水道，更有甚者将地沟油和潲水油作为食用 油流入餐桌和食品行业，贻害无穷。

在传统的石化合成工业中，有着这样一类重要的化工品，常作为化工或药物单体 被广泛使用，其特点是苯环上带氧键和酰基，其生产主要依赖于不可再生的石油资源。

在合成工艺方面，目前，苯环上含氧和酰基的药物或化工产品，均以石油化工产业 炼制的苯为原料，其生产工艺为：在强酸作用下，经氧化作用添加氧（酰基），再经过其它转 化步骤最终合成该产品，整个过程繁琐，且反应中常用催化剂（如浓H₂SO₄、HF等），均为危害 性强，腐蚀性强的强酸，存在反应设备容易腐蚀、副产物多、反应产物难分离、硫残留、反应 废水难以处理等问题。此外，随着化石燃料危机加剧，势必引起基础原料苯供应链的断裂， 这些都引起了人们对该行业的担忧。

在催化剂方面，随着社会对工业安全生产要求的提高，对环境友好型催化剂的呼 声也越来越高。例如：等离子体、Nafion等强酸性非均相催化剂在酯化反应显示了超强活 性。但这类催化剂比表面积小（NafionNR50，比表面积0.02m²/g），存在单次使用量大、反 应耗时长等弊端。目前在非均相催化反应中，由于反应物需要时间转移到催化剂活性位点， 反应速率远小于均相催化剂，导致常用的非均相催化剂的活性均低于一般均相催化剂。

如从可再生、环境友好的生物基化工品发展角度出发，将木质素降解产物与废弃 油脂中的脂肪酸在温和反应条件下进行酯化反应，合成上述苯环上带氧键和酰基（脂肪酸 酚酯）的生物质基化工品或西药中间体，这样将充分利用木质素天然含苯环、氧基团与脂肪 酸上的酰基，以达到持氧增酰、低能耗、高效转化的目标，从而替代传统生产工艺，变废为 宝，并具有显著的经济和社会效益。因此，开展木质素解聚产物持氧增酰制备脂肪酸酚酯的 催化体系研究具有重要的科学意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术存在的上述缺陷，提供改性SBA-15催 化剂在生物质基化工品合成上的应用。

本发明的第二个目的是提供一种利用木质素的降解酚类产物制备酯化产物的方 法。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现的：

催化剂SBA-15-TMS-SO₃H和SBA-15-Ph-TMS-SO₃H在酯化反应中的应用。