[发明专利]一种催化氧气氧化生物质制备含氧化学品的方法

说明书

本发明涉及一种在水溶液中采用含钒催化剂催化氧化生物质制备含氧化学品的方法。该方法利用可溶性杂多酸H₅PV₂Mo₁₀O₄₀为催化剂，以氧气为氧化剂，以醇为添加剂，在水溶液中选择性氧化生物质制备高收率的含氧化学品(甲酸、乙酸、甲醛和缩醛)。与传统制备的方法相比，本方法以廉价丰富的生物质为原料，避免环境污染，具有可持续性；反应条件温和，过程简单，甲酸收率高；选择可溶于水和有机溶剂的杂多酸H₅PV₂Mo₁₀O₄₀作为催化剂不仅催化活性高、选择性好，而且产物甲酸收率高。与其他含钒催化体系催化氧化生物质制备含氧化学品的方法相比，该方法能够大幅抑制副产物CO₂的生成，提高生物质原料碳利用率。

技术领域

本发明涉及一种制备含氧化学品的方法，具体而言，涉及一种通过催化氧气氧化生物质制备含氧化学品的方法。

技术背景

近年来，随着石油燃料等不可再生能源储量的日益减少及其引起的气候与环境的逐年变化，来自经济发展和环境保护的双重压力越来越大。为缓解气候、环境保护与经济增长间的矛盾，寻找和利用含量丰富的可再生能源十分重要。生物质能源因具有上述特点而具有极大的开发前景，日益受到研究者的关注。

含氧化学品(如甲酸、乙酸、甲醛、甲缩醛等)是重要的基本的化工原料。例如甲酸被广泛应用于医药、橡胶、皮革、燃料等行业，近期研究表明甲酸还可以应用于燃料电池和储氢载体。乙酸可用作酸度调节剂、酸化剂、增味剂、香料等。甲缩醛能广泛应用于化妆品、药品、家庭用品、工业汽车用品等，此外甲缩醛还可替代氟利昂，减少挥发性有机物排放，是降低对大气污染的环保产品。然而目前这些含氧化学品的制备多是基于不可再生的化石燃料或发酵等方法。例如，目前甲酸的工业制法主要有甲酸钠法、甲酸甲酯水解法、甲酰胺法等，而这些方法都是基于不可再生的化石燃料。这些传统方法虽然可以大量生产甲酸，但由于生产过程中造成较为严重的污染，且生产原料不可再生等因素，制约甲酸的高效可持续生产。基于可持续发展及绿色化工的要求，开发出一条效率高、污染小、可持续性好的新型含氧酸、醛化学品生产路径成为摆在研究者面前的紧迫任务。

生物质(主要为木质纤维素)是分布广泛、可再生的碳基资源。目前，已有一些利用生物质制备甲酸的报道，例如中国专利(申请号200910199790.X)公开了一种碳水化合物类生物质水热还原CO₂成甲酸的方法。中国专利(申请号201110099183.3)公开了一种用生物质废弃物制备丙酮和甲酸钙的方法，其中，涉及在剧烈的反应条件下将生物质转化为甲酸和乙酸，但产物甲酸收率较低而且反应能耗高。中国专利(专利号ZL 201080019836.6)公开了一种以碳水化合物为原料生产甲酸的方法，该方法将碳水化合物通过两步酸水解的方法制备甲酸，但也存在甲酸收率较低等问题。