[发明专利]一种二氧化碳协同金属氧化物催化转化碳水化合物的方法

说明书

技术领域

本发明属于能源化工技术领域，具体涉及一种二氧化碳协同金属氧化物催化转化碳水化合物的方法。

背景技术

石化资源的过渡利用带来日益严重的能源和环境问题，寻求一种能够在满足日益增长能耗需求的同时保持生态平衡的新能源已成为各国科研工作者的共同目标。生物质资源具有来源广泛、环境友好、价格低廉等优点，是替代石化资源的理想原料。生物质作为自然界中储量最丰富的可再生含碳资源，必将成为液体燃料及有机化学品的重要来源。纤维素、半纤维素和木质素是生物质的三大主要成分，是自然界中最丰富的非粮碳水化合物，将其催化转化为具有高附加值的化学品，如5-羟甲基糠醛、乳酸、甲酸、乙酰丙酸等，是实现人类社会可持续发展的关键。

由于纤维素间氢键结合作用强，纤维素大分子具有一定结晶结构，使得碳水化合物类生物质转化变得困难。添加强酸或强碱可有效促进碳水化合物类生物质的水解，增强反应效率，降低反应温度并减少反应时间。但强酸强碱会造成设备腐蚀，对设备材料要求高，增加了设备成本及污水处理成本。过渡金属可溶性盐在水溶液中水解可降低溶液pH，酸化水溶液，也是一种促进生物质水解的有效催化剂，然而重金属氧化物对环境的污染也不可忽视。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种CO₂协同金属氧化物催化转化碳水化合物的方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种CO₂协同金属氧化物催化转化碳水化合物的方法，包括以下步骤：将化碳水化合物原料、水溶剂或水/四氢呋喃混合溶剂、金属氧化物加入到反应器中，密封反应器，然后通入1～10MPa的CO₂，升温至140～250℃水热反应5～180min，得到有机酸和糠醛类化合物。

优选地，所述化碳水化合物原料包括多糖如淀粉、纤维素、半纤维素，单糖如葡萄糖、木糖、果糖，寡糖如纤维二糖、纤维三糖、纤维四糖或木二糖等。

优选地，所述水/四氢呋喃混合溶剂中水和四氢呋喃的体积比为(1～5):1。

所述的CO₂为纯CO₂，或直接利用来自煤化工、燃煤电厂、焦化厂、炼钢厂等大能耗厂所排放的CO₂废气。废气中的其他成分如SOx、NOx等，对水热反应没有影响，且能以离子态形式捕获在水中，省却了传统废弃处理中的脱硫脱氮工艺，产生的酸也利于纤维素的降解转化。

所述的金属氧化物是指TiO₂、ZrO₂、Al₂O₃、γ-Al₂O₃、Cr₂O₃、Fe₂O₃、Co₂O₃、NiO、CuO、Nb₂O₃、La₂O₃、CeO₂中任意一种或者两种以上的混合。

优选地，所述的金属氧化物为粉末状，粒径分布为0.1～300μm。

所述的有机酸根据不同沸点经减压蒸馏分离，得到乳酸、甲酸和乙酰丙酸中的至少一种；所述的糠醛类化合物通过萃取分离，得到5-羟甲基糠醛(HMF)。

优选地，所述水或水/四氢呋喃混合溶液的加入量为反应器总容量的10％～60％，所述碳水化合物的加入量为水质量的1％～40％，所述碳水化合物与金属氧化物中金属元素的摩尔比为1:(0.1～10)。

优选地，所述水热反应采用水/四氢呋喃混合溶剂时，还加入氯化钠以增强室温下四氢呋喃和水之间的分离，氯化钠的加入量为水质量的10％～36％。