[发明专利]一种生物质水热液化制备乳酸乙酯的方法

说明书

技术领域

本发明属于环保和资源综合利用领域，具体涉及一种生物质水热液化制备乳酸乙酯的方法，本发明以木质纤维素生物质为原料制备乳酸乙酯的工艺，具体涉及将生物质中的纤维素和半纤维素组分通过水热液化技术降解为三碳糖，三碳糖进一步反应生成乳酸后，与乙醇发生酯化反应制备乳酸乙酯的方法。反应以金属氯化物和沸石为催化剂，分别作为Lewis酸和Bronsted酸参与反应。该工艺反应条件温和，以生物质为原料，绿色环保，为乳酸乙酯的制备提供了一种新型且可持续的方法。

背景技术

乳酸乙酯是一种一元酯，通过乳酸和乙醇的酯化反应合成。乳酸乙酯闪点高、无毒且生物可降解，与其他芳香族溶剂相比，更清洁环保，因此常被用于替代N-甲基吡咯烷酮、甲苯、丙酮和二甲苯等溶剂，用途广泛。乳酸乙酯可以作为食品和医药生产中的助溶剂，也可以作为有机塑化剂，或生产半导体。乳酸乙酯可以在二氧化碳和水中得到完全的生物降解，不会造成臭氧层破坏，无化学腐蚀性，是一种环境友好型的溶剂。乳酸乙酯的传统制备方法主要通过葡萄糖发酵产生乳酸，再通过乳酸和乙醇的酯化反应合成，存在产物收率低、产品中夹带有毒溶剂、产品质量差等问题。因此，研究高效环保的乳酸乙酯制备方法，对环境和化工领域都具有重要意义。

生物质指通过光合作用而形成的各种有机物，不仅具有矿物燃料的属性，又可储存、运输、再生、转换，是唯一可储存的可再生资源。生物质的主要组分是木质纤维素，可以通过水热液化等热化学转化技术进行降解，得到糖类、醛类、酚类、酸类等多种小分子化合物。生物质的水热液化在亚临界水中进行，乳酸作为水热液化的产物之一，在乙醇为媒介的水热反应中会发生酯化反应，可以生成乳酸乙酯。在此过程中，催化剂的使用会增加乳酸或乳酸乙酯的产率，降低反应温度。以生物质为原料的乳酸乙酯制备过程不涉及有毒溶剂，反应条件较温和，是一种极具潜力的绿色环保型制备工艺。

有机溶剂（如乙醇和甲醇）参与反应，可以提高乳酸的产率，以醇类为媒介，生成的乳酸不断与醇类发生酯化反应，可以生成乳酸乙酯或乳酸甲酯。目前，水热过程中常用的催化剂包括分子筛（Sn-ß、Sn-MWW、Sn-MCM-41和Sn-SiO₂-C等）、氧化物（MgO、ZrO、ZrO₂、CaO、WO₃、WO和Al₂O₃等）、金属氯化物和沸石等。其中，金属氯化物作为催化剂，来源广泛，容易获取，可以作为Lewis酸，在水热反应中将碳水化合物催化转化为乳酸和烷基乳酸酯。稳定的沸石Si/Al 比低，高含量的非骨架Al可以催化生物质向乳酸的定向转化，增加乳酸的产率。沸石中的Bronsted 酸位点可以催化三碳糖转化为中间产物丙酮醛，金属氯化物中的Lewis酸位点可以催化丙酮醛的异构化，使其能够进一步反应转化为酯类。因此，金属氯化物和沸石均可以作为生物质制备乳酸乙酯的催化剂，两者的组合可以进一步促进乳酸乙酯的生成，催化效果更佳。但是，若沸石中的Bronsted 酸位点较强，水热过程中的中间产物丙酮醛会被催化转化为烷基缩醛，而不是乳酸，因此催化剂的选择和比例对乳酸乙酯的制备至关重要。

本专利涉及利用木质纤维素生物质为原料制备乳酸乙酯的方法，以乙醇为溶剂，以金属氯化物和沸石为催化剂，通过水热液化技术得到乳酸乙酯。该工艺为乳酸乙酯的制备提供了一种更清洁环保的途径，利用生物质制备高附加值生物基化学品，对生物质的资源化利用也具有积极意义。

发明内容

本发明提供的目的在于提供一锅法以生物质为原料制备乳酸乙酯的方法，本发明以乙醇为溶剂，对生物质进行水热液化处理，降解得到的乳酸发生酯化反应，得到乳酸乙酯。

本发明的技术方案如下：

一种从生物质水热液化制备乳酸乙酯的方法，具体步骤如下：

（1）将生物质烘干，粉碎为生物质粉末；

（2）将步骤（1）得到的生物质粉末加入到水热液化反应釜中，同时加入催化剂和乙醇；生物质粉末、催化剂和乙醇的质量比为1:1; 15~50；（3）对步骤（2）中的生物质、催化剂和乙醇的混合物进行加热，加热至180℃~220℃，并不断搅拌；

（4）步骤（3）中的温度达到预设值180℃~220℃中任一温度值后，保持反应2~6小时，并不断搅拌；

（5）步骤（4）中的反应结束后，冷却降温；

（6）待步骤（5）冷却降温至室温后，对得到的液相产物进行过滤；

（7）步骤（6）中过滤得到的液体，通过旋转蒸发去除溶剂，得到乳酸乙酯。