[发明专利]木质纤维素全组分高值化利用制备化学品的方法

说明书

本发明提出一种木质纤维素全组分高值化利用制备化学品的方法。该方法包括以下步骤：将木质纤维素原料粉碎、干燥，得原料颗粒；原料颗粒发生第一反应：将原料颗粒、醇类溶剂和金属催化剂于反应器中混合，向反应器中通入氮气，再通入加压的氢气，搅拌，加热至第一温度，反应，将反应器快速冷却至室温，反应混合物固液分离，得苯酚类化合物和碳水化合物浆料；碳水化合物浆料发生第二反应：向碳水化合物浆料中加入金属卤化物和反应溶剂，加热至第二温度，反应，反应混合物离心，收集有机相产物，得糠醛和乙酰丙酸。该方法制备工艺简单，反应条件温和，能使木质纤维素全组分高值化利用，生产成本低，具有较好的工业化推广前景，从而更加适于实用。

技术领域

本发明属于生物质能源化工技术领域，尤其涉及一种木质纤维素全组分高值化利用制备化学品的方法。

背景技术

由于石化资源的不可再生性，石化资源的过快消耗带来了日益严峻的能源和环境问题，可再生资源技术的开发和研究已经成为了世界各国的研究热点。绝大多数含碳的大宗化学品，均是以石油、煤炭等不可再生的化石资源为原料，通过复杂转化过程获得，由此也不可避免地带来温室效应、气候变迁及环境污染等系列问题。木质纤维素资源具有来源广泛、产量巨大、可再生及其组成元素与当前大宗有机化学品接近等特点，将其高效转化为平台化合物或化学品，被认为是解决上述问题的一个重要途径。

木质纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。其中，纤维素和半纤维素作为碳水化合物通过氢键连接，而含苯环结构单元的木质素与碳水化合物之间通过LCC(lignic-carbohydrate complexes，木素-碳水化合物复合体)键连接，包裹在纤维素表面，形成致密的抗降解屏障。

目前的生物质精炼产业一直专注于木质纤维素原料中碳水化合物的转化利用，而对于木质素资源至今没有得到经济有效的开发利用途径。

全世界的制浆造纸和生物质炼制行业每年产生大量的工业木质素，然而只有极少量得到有效利用，绝大部分都作为低级燃料燃烧掉或作为废物排放到环境中，不仅造成了大量的资源浪费，同时带来了严重的环境污染。

作为生物质的重要组分木质素，是世界上储量最为丰富的可再生芳香聚合物，将其解聚制备高附加值芳香化合物的技术备受关注。但由于木质素结构复杂，导致其解聚产物收率和选择性偏低。因此如何实现木质素的选择性转化是高效利用木质素及生物质的关键。

在木质素的开发利用领域中，国内外学者做了大量研究并取得了很多进展。2015年，Abu-Omar等报道了使用双金属Zn/Pd/C催化剂将原木木质素选择性地氢解为丙基取代的愈创木基和紫丁香基单体(Green Chem.,2015,17,1492-1499)。此外，他们还在Ni/C的催化剂体系下将芒草中的木质素催化加氢，得到了4-丙基、4-丙醇和4-丙酸酯取代的酚类化合物(ChemSusChem,2014,7,2154-2158)。2013年，Xu等人同样使用Ni/C催化剂催化降解桦木木质素，使得木质素的转化率达到50％(Energ.Environ.Sci.,2013,6,994-1007)。Hartwig等人使用Pd/C催化剂催化能源作物和松树获得高产率的单体芳烃和酚产品(ACSCatal.,2016,6,7385-7392)。尽管先前的研究都如期获得了较高的酚类单体产率，但很少有人研究关注残留碳水化合物的进一步应用。而且，现有技术对于木质素进行化学降解的同时，也会使得生物质资源中的碳水化合物类的组分也同时发生降解。例如，在前沿·热点(Front·Focus)上，由赵承科编译的“提高硫酸盐法综合制浆造纸厂制浆得率的探讨”一文中，报道了硫酸盐法制浆造纸过程中，当木质素的脱除量达到95％时，碳水化合物的损失率达到33％，也即碳水化合物的保留率仅为67％。由此可见，现有技术中难以对木质纤维素原料进行全组分利用，且木质纤维素原料转化为化学品的得率较低。

发明内容