[发明专利]一种木质纤维素高效分离并实现全组分利用的方法

说明书

本发明提供了一种木质纤维素高效分离并实现全组分利用的方法，通过预处理实现木质素和纤维素有效分离，得到的纤维素能够高效转化为乙二醇。具有原料为可再生资源，存在不与人争粮争地的优点。另外，本发明的预处理方法条件温和、溶剂可循环、得到固体物质纤维素含量高、木质素纯度高等优点。固体纤维素物质可以高选择性转化为乙二醇，实现了从原生生物制到乙二醇的高选择性转化。木质素可以作为聚酯的重要前体，实现了木质纤维素的全组分利用。

技术领域

本发明涉及一种木质纤维素高效分离并实现全组分利用的方法，具体地说是木质纤维素在溶剂中预处理，实现木质素和固体纤维素物质的分离，并将固体纤维素催化转化为乙二醇的方法。

背景技术

木质纤维素是最主要的生物质资源，具有来源广泛、储量丰富的优点，因而其高效利用引起人们的普遍关注。然而木质纤维素中半纤维素、纤维素、木质素和少量杂质结合在一起，形成致密的保护层，使木质纤维素难以催化转化利用。常规的预处理使用碱脱除木质素，后续过程中使用酸中和，达到沉淀木质素的目的。此过程消耗大量酸碱，并产生盐，具有环境不友好的特点。

另一方面，乙二醇等小分子醇是重要的能源液体燃料，也是非常重要的聚酯合成原料，例如，用于聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，还可以用作防冻剂、润滑剂、增塑剂、表面活性剂等，是用途广泛的有机化工原料。

利用具有可再生性的生物质制备乙二醇，可以减少人类对化石能源物质的依赖，有利于实现环境友好和经济可持续发展。纤维素类物质，包括纤维素、半纤维素、农作物秸秆、玉米芯、稻秆、麦秆、芒草、松木、白桦木、杨木等C_n(H₂O)_m化合物，其在自然界中广泛存在。随着农业技术的发展，其产量日益增长。发展以碳水化合物制备乙二醇、丙二醇等小分子醇，不仅可以在一定程度上降低对石油资源的依赖，同时，有助于实现农产品深加工制高附加值化学品。

目前，通过水热条件下催化加氢转化纤维素制备乙二醇(文献1：Directcatalytic conversion of cellulose into ethylene glycol using nickel-promotedtungsten carbide catalysts,Angew.Chem.Int.Ed.2008,47,8510-8513；文献2：Transition metal-tungsten bimetallic catalysts for the conversion ofcellulose into ethylene glycol，ChemSusChem 2010,3,63-66；文献3：CN 101735014 A，一种碳水化合物制乙二醇的方法；文献4：CN 102190562 A，一种碳水化合物制乙二醇的方法)。该方法以钨基催化剂和加氢催化剂组成的混合催化剂对纤维素进行催化转化，从而获得60-75％的乙二醇。类似地，采用氧化态钨与加氢金属构成的双组份催化剂，在水热加氢的条件下也能够实现纤维素、淀粉等含糖化合物高选择性制备乙二醇、丙二醇(文献5：一种多羟基化合物制乙二醇的方法WO2011113281A)。

这些过程中乙二醇的选择性较好、收率较高，但是反应的原料为纤维素，仍存在从木质纤维素中提取的酸碱过程，整体过程的环境友好性较差。当采用秸秆为原料时，乙二醇的收率明显下降，即使在碱预处理之后仍低于40％(文献6：Catalytic hydrogenation ofcorn stalk to ethylene glycol and 1,2-propylene glycol.IndustrialEngineering Chemistry Research 50,11(2011):6601-6608)。因此亟待开发廉价且环境友好的木质纤维素分离方法，实现木质纤维素的高效分离，并使处理后的纤维素物质能高效转化为乙二醇。

本发明提供的方法以木质纤维素为原料，通过溶剂预处理，分离出木质素和纤维素物质，并将纤维素类物质催化转化为乙二醇。此方法不仅操作简单，成本低廉，而且实现了木质纤维素的全组分利用，显著地提高了木质纤维素中纤维素物质的催化转化效率和二元醇的时空收率。