[发明专利]一种光催化裂解木质素的方法

说明书

本发明涉及一种光催化裂解木质素模型化合物和原生木质素的方法。该方法采用β‐O‐4型木质素模型化合物以及二氧六环可溶杨木木质素为原料，在半导体光催化剂ZnIn₂S₄作用下，在蓝光LED或者太阳光下直接实现上述原料的裂解来得到酚类化合物。该方法中反应后催化剂与反应体系易分离且通过简单的空气下光照可以多次循环使用，从木质素模型化合物可以得到较高的苯酚衍生物收率，二氧六环可溶杨木木质素可以得到4‐羟基‐苯乙酮衍生物。

技术领域

本发明涉及到一种光催化裂解β‐O‐4型木质素模型化合物以及二氧六环可溶杨木木质素的方法，具体涉及到光催化无氧脱氢，光催化C―O键断裂和光催化二氧六环可溶杨木木质素的降解。

背景技术

木质素是第二大可再生生物质资源，仅次于纤维素，约占所有生物质的25wt％。木质素是造纸工业的废弃物。造纸工业的废弃木质素很少一部分可以被用于其它方面，大部分都没有利用而且污染环境。世界上每年都会生产大量的纸浆，随之而产生了大量的废弃木质素，因此木质素的升值或利用是非常重要的科学和工业问题。木质素是生物大分子，可以看做是甲氧基取代的苯环被一些连接结构连接起来。在这些连接结构中，β‐O‐4连接占比约43～62％，是最多的连接结构。断裂β‐O‐4连接是裂解木质素的关键。通过还原断裂β‐O‐4连接的C―O键，可以获得酚类化合物。酚类化合物在医药、化工、燃料等方面有重要的用途，还可以用作合成树脂，合成塑料的单体等，也是重要的医药中间体和二氧六环合成中间体。从木质素中获取酚类化合物是非常环保可再生的方式。

木质素及其模型化合物的裂解已有报道。CN102939322A公布了一种利用NaOH，KOH等强碱将木质素解聚；该方法需要在强碱的熔点以上的温度进行。CN105669337A采用氧掺杂的MoS₂，在160～260℃，1～5MPa氢气压力下实现木质素及其模型化合物的裂解。CN104152171A通过加氢脱氧的方法裂解木质素，Ni或者贵金属为加氢活性组分，含水铌酸为脱氧组分；在反应温度180～260℃，氢气压力1～3MPa条件下实现了木质素的裂解。CN101680167利用多金属氧酸盐在液体介质中，通过转氢实现木质素的裂解，主要得到苯的衍生物。CN106117000A利用过渡金属负载的活性炭或SiC在高温(450～500℃)下利用丙醇或丁醇的氢将木质素裂解为苯的衍生物。

目前木质素裂解的方法均需要加压氢气或者醇类等供氢源，而且操作温度高，容易使产生的木质素单体发生再聚。过量使用氢气一方面会导致产物附加值降低，且使成本增加。因此开发一种更加可循环发展，高效低温的方法是非常有潜在价值的。

发明内容

本发明的意义在于使用清洁的太阳能或光能，缓解目前高温裂解β‐O‐4型木质素模型化合物导致的再聚问题。其次，该过程不需要额外的氢源，是一种极大程度上利用可再生资源和能源的方法。

本发明涉及木质素及其模型化合物的裂解方法如下。将木质素、ZnIn₂S₄基光催化剂以及乙腈溶剂混合后，放入石英玻璃反应管中惰性气体保护，搅拌，光照无需加热，反应时间长于3小时，反应产物为酚类衍生物。