[发明专利]一种光催化氧化降解生物质制备有机化学品的方法

权利要求书

1.一种光催化氧化降解生物质制备有机化学品的方法，其特征是：该方法以溶胶-凝胶法或水热法合成金属/非金属负载型TiO₂系光催化剂，再添加合适的选择性氧化剂，调节体系pH值为碱性，以日光或紫外灯光为光源，构建光催化氧化降解体系；将该反应体系条件优化后，应用于木质纤维素生物质的温和降解，获得小分子有机化合物；采用溶剂萃取的方法富集分离醛、酮、羧酸和芳香族化合物的高附加值化学品；

包括以下步骤：

(1)以金属/非金属作为改性剂，合成负载型TiO₂系光催化剂；

(2)选取合适的选择性氧化剂，与光催化剂耦合构建光催化氧化体系；

(3)将光催化氧化体系应用于生物质的降解，优化反应条件，实现有机质的高效转化；

(4)从降解混合物的液相产物中分离高附加值化学品。

2.根据权利要求1所述的一种光催化氧化降解生物质制备有机化学品的方法，其特征是：步骤1中，采用溶胶-凝胶法或水热法，采用金属/非金属改性剂，制备负载型TiO₂系光催化剂；所述的金属改性剂为Co、Mo、W、Fe和Ni金属的硫酸盐、盐酸盐或硝酸盐中的任意一种，非金属改性剂为N、F、S和Cl非金属的钠盐、铵盐或硼化物中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的一种光催化氧化降解生物质制备有机化学品的方法，其特征是：所述的步骤2中，具体步骤如下：

(1)选取粒径低于0.1μm的金属/非金属负载型TiO₂系光催化剂，通过紫外-可见漫反射光谱法检测所制备光催化剂的吸收光波长范围，筛选吸收谱带较宽且性能良好的光催化剂备用；

(2)选择氧化剂，氧化剂为ClO₂^-、IO₄^-、NaOCl、HOCl、H₂O₂、S₂O₈^2-、BrO₃^-和N₂O中的一种或几种组合，氧化剂与光催化剂耦合，建立光催化氧化降解体系；其中，负载型光催化剂用量为5g/L-50g/L、氧化剂浓度为0.1mol/L-3.0mol/L以及光源为日光或100W紫外灯光。

4.根据权利要求1所述的一种光催化氧化降解生物质制备有机化学品的方法，其特征是：所述的步骤3中，具体步骤如下：

(1)、取生长良好、成熟的农作物所得稻壳、稻秆、麦秆、玉米杆或林木作为样品，经充分晒干后，粉碎机磨碎，过80目筛，于80℃温度下恒温干燥48h以上；生物质的光催化氧化降解体系，取生物质样品用量为10g/L-100g/L，调节体系的pH值为8-12，反应温度为20℃-35℃，不断搅拌；在100W紫外灯或可见光照射下，光催化氧化降解反应24h-72h，生物质中有机质的转化率为30％-80％；

(2)、将反应混合物经布氏漏斗抽滤，得液相产物滤液和固体残渣；用盐酸将滤液酸化，得羧酸和酚类化合物与水相分层，采用分液漏斗将两相分离；分别用正己烷、苯、石油醚、二硫化碳、丙酮、二氯甲烷和乙酸乙酯单一溶剂或几种混合溶剂，按极性从小到大的次序对反应产物的滤液的水相与有机相进行单溶剂或混合溶剂的分级超声萃取，得到各级的萃取物，相应获得各级高附加值化学品；采用上述单一溶剂或几种的混合溶剂进行液液萃取，所用溶剂与滤液的用量为1:3-3:1，加入分液漏斗中，充分振荡摇匀后，静置，分液；分离出有机相，作为萃取物备用分析；每级萃取进行三次，并合并相同溶剂的萃取物；剩余的水相，作为各级萃余液，下一级溶剂萃取使用；

(3).用旋转蒸发仪尽可能将各级萃取物中的有机溶剂减压蒸馏除去，采用气相色谱-质谱联用仪(GC/MS)对萃取物主要成分进行定性与定量测定，确定各级溶剂对不同降解组分的富集作用；GC/MS的配备和仪器设置为：聚甲基硅氧烷HP-5MS型毛细管柱为60.0m×250μm，膜厚0.25μm；He为载气，流速为1.0mL/min；分流比为20:1；进样口和检测器温度均设定为300℃；EI源，离子化电压为70eV，离子源温度为230℃；质量扫描范围为30-500m/z；升温程序为：从60℃至150℃升温速率为5℃/min，从150℃至300℃升温速率为7℃/min，在300℃保持15min。

5.根据权利要求1所述的一种光催化氧化降解生物质制备有机化学品的方法，其特征是：所述的步骤4中，采用GC/MS对降解产物萃取物中组分的定性分析，采用对比标准品的保留时间、质谱解析以及NIST标准谱图库对比的方法确定；定量分析采用外标法或内标法，所选标准物包括正辛烷、庚酸乙酯、肉桂醛和α-萘酚。