[发明专利]一种新型降解高分子量木质素的绿色工艺方法

说明书

本发明提供了一种新型降解高分子量木质素的绿色工艺方法，利用二氧化氯能够有效地氧化木质素，破坏木质素的芳环结构，减少芳环侧链的甲氧基数量，生成醌类或者带有不饱和键的酯类物质。同时二氧化氯具有优异的漂白作用，得到颜色较浅的改性木质素。该种方法原料来源广泛，绿色环保，反应过程较为简单，能耗较低，能有效改性木质素以期进一步的高值化利用。

技术领域

本发明涉及一种新型降解高分子量木质素的绿色工艺方法，可达到简化木质素的结构，赋予其更多的功能基团的目的，可以进行木质素的高值化利用。

背景技术

随着工业化进程的加快，全球能源的消耗总量进一步增加，化石能源资源的紧缺成为制约全球经济发展的关键因素，人们面临着能源短缺和能源消耗带来的环境污染问题，因此，摆脱对石化资源的过度依赖，改变现有的能源来源结构，开发清洁可再生能源，实现可持续发展是人们共同面对的挑战。

生物质资源拥有储量大、可再生、廉价、分布广、污染低以及碳活性高等特点，在整个能源系统中占有极其重要的地位。目前通过化学、生物等方式生产生物乙醇、生物柴油及生物丁醇等液体生物燃料，是利用生物质资源的主要方式，大部分作为薪柴燃烧，利用效率低下，如何大规模的开发利用还亟待解决。

据估计，我国每年可用的生物质有7亿吨，其中大部分是作为植物细胞壁组分的木质纤维素类物质。木质素是主要利用的生物质资源，在生物质能中含量仅次于纤维素，为植物体中第二大天然高分子材料，同时，木质素因具有芳香环结构，是自然界唯一能够提供可再生芳基化合物的非石油资源，木质素分子结构中含有醇羟基、酚羟基、甲氧基、羰基、羧基、醚键和共轭双键等活性基团，所以木质素可以进行氧化、磺化、酯化、酚化、酰化、烷基化、缩聚或接枝共聚等多种化学反应，这些反应让木质素在各个不同领域都有应用的可能性。

但是木质素结构复杂，聚合程度高，分子量大，反应活性较低，这些因素也制约着其进一步的应用，所以，有效破坏木质素的聚合结构，改变其反应活性和物理化学性能，将其降解成高附加值的低分子产品，如香草醛等成为利用木质素的重要方式。目前，木质素的降解大致分为三类：化学降解、物理降解和生物降解等，其中化学降解和物理降解研究的相对较多，生物降解涉及较少些。化学降解中重要的一类方法是氧化降解，常见的氧化剂包括O₂、O₃、H₂O₂以及其他氧化性的化学试剂(如KMnO₄、C₆H₅NO₂、各种氯酸盐等)，在制浆漂白过程中的氧化脱木质素就是其中的代表性反应。中国专利CN105753659A公开了一种木质素氧化降解制备香草醇的方法，在木质素与水和溶剂1-丁基-3-甲基咪唑三氮唑盐质量比为1:5:10-100、催化剂硫酸铜与木质素质量比为1:100-1000、氧化剂氧气压力1.0-6.0MPa、反应温度140-200℃、反应时间0.5-4.0h的条件下氧化降解木质素制备香草醇，并回收重复利用溶剂1-丁基-3-甲基咪唑三氮唑盐，收率可达到96.8％。该方法可在均相体系下氧化降解木质素，反应速度快、反应物转化率和产物选择性高，溶剂1-丁基-3-甲基咪唑三氮唑盐对木质素具有良好的溶解性能，且自身具有良好的热稳定性和可重复使用性。但是此方法反应较为复杂，需要在高温高压下反应，且1-丁基-3-甲基咪唑三氮唑盐价格较高，催化活性随着使用次数的增加而降低。中国专利CN108947783A公开了一种钼催化木质素氧化降解为芳香单体的方法，该方法以分子氧为氧源，以非贵金属钼化合物为催化剂催化木质素氧化降解。得到的芳香小分子化合物主要包括芳香醛、芳香酮、芳香酸、芳香酯中的一种或二种以上，总的芳香单体收率可达60wt％以上。但是此方法效率较低，催化剂用量较大。

发明内容