[发明专利]一种温和条件下由糖类制备乳酸的方法

说明书

本发明提供了一种温和条件下由糖类制备乳酸的方法。所涉及催化剂为碱金属或碱土金属氢氧化物，包括Ba(OH)2、NaOH及KOH。N2、Ar或He为保护气。糖类包括葡萄糖、果糖、纤维二糖、二羟基丙酮、丙酮醛、甘油醛等。催化反应体系简单，易操作，反应在低温至中温及常压下进行，所使用的催化剂及底物常见易得，且底物转化率96％以上，乳酸产率最高可达90％以上，乳酸产率及选择性均较高。本发明具有较高的催化转化效率，能耗低，过程安全简单等优点，具有广阔的工业应用前景。

【技术领域】

本发明涉及乳酸制备及生物质转化利用领域，尤其指利用碱性催化剂在低温至中温及常压的温和条件下高效低能耗的制备乳酸的方法。

【背景技术】

随着化石燃料的消耗以及世界各国对环境问题的重视，以可再生资源进行燃料和化学品的制备得到了更多的关注。生物质作为一种广泛存在且价格低廉的可再生资源成为重要的研究对象，以糖为代表的一类生物质可转化为多种重要的平台化合物，如甲酸、乙酸、乙酰丙酸、乳酸、5-羟甲基糠醛等，相关研究的文献报道已经有很多。

乳酸是一种重要的化学平台化合物，是世界公认的三大有机酸之一，它广泛存在于人体及其他有机生物体内，在厌氧代谢过程中起重要作用。乳酸及其聚合物和乳酸盐等在食品、医药、化工等领域具有举足轻重的地位，乳酸的需求量预计可达几百万吨级别，然而其产量与需求仍有巨大的缺口。

目前90％的商业乳酸是通过发酵制得，但是其生产周期较长，效率较低，发酵过程中易受温度、pH等影响，且生产过程中会产生大量固体废弃物。糖类的化学催化是另一种常用的制备乳酸的方法。文献中的报道包括糖类的酸性及碱性催化，酸性催化是指利用均相或异相的bronsted酸或lewis酸为催化剂，包括沸石、碳负载材料、金属材料及多金属氧化物等。碱性催化指利用碱金属的氢氧化物及一些有机碱为催化剂。碱性催化的使用范围较大，是目前常用的一种糖催化制备乳酸的方法。然而大部分催化过程都需要在较高温度下进行，并且维持在一定压力。常见的温度范围为120℃～300℃，压力为0.5MP～3MP。不利于工业化操作，且很多催化剂需要额外步骤进行制备，增加工作量及成本。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题在于提供一种基于惰性气体保护下碱金属/碱土金属氢氧化物催化糖类制备乳酸的方法。该方法是以碱金属及碱土金属氢氧化物为催化剂，在惰性气体保护下，通过常低温至中温及常压条件对糖类进行催化转化，得到较高乳酸产率及选择性，所述糖类是葡萄糖、果糖、纤维二糖、二羟基丙酮、丙酮醛或甘油醛中的一种或几种。

本发明提供的方法是：以碱金属/碱土金属氢氧化物为催化剂，其浓度为0.125M～1M，碱金属或碱土金属氢氧化物的浓度最优为0.2M～0.3M，催化剂与底物浓度的摩尔比为1～10之间。反应温度为20℃～55℃，惰性气体为N2、Ar或He。反应起始前用高纯惰性气体以0.5～0.8L/min对溶液及反应器进行吹脱，持续时间为3～6min。吹脱完成后将反应器密闭，置于恒温反应器进行反应，反应时间为24h～60h。底物转化率及乳酸产率使用高效液相色谱进行测定。

本发明的优点和积极效果：

本方法使用常见碱金属/碱土金属氢氧化物为催化剂，水相反应，以惰性气体N2、Ar或He为保护气，在低温至中温及常压下进行糖类的催化转化，其乳酸产率最高可达90％以上，底物转化率达96％以上。乳酸产率及选择性均达到很高水平。本方法以常见的原材料为底物，以常规的化学试剂为催化剂，不需要额外进行催化剂的制备，反应器简单易操作，反应过程可控，能耗低，适于大规模工业化应用。

【附图说明】

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的产物分布随时间变化曲线。