[发明专利]一种微晶纤维素和草酸共热解制备脱水糖混合物的方法

说明书

本发明属于生物质能利用领域，具体涉及一种微晶纤维素和草酸共热解制备脱水糖混合物的方法。本发明是以微晶纤维素和草酸为原料，将两者混合接触，在无氧条件下于200～500℃进行快速共热解，将热解气冷凝至室温即可得到富含脱水糖混合物的液体产物。本发明所述方法中的草酸常见易得，价格低廉，在热解过程中起到催化微晶纤维素分解形成脱水糖产物的作用，同时自身分解，不会残留在固相、液相或气相热解产物中，因而该热解过程绿色、高效、无污染。

技术领域

本发明属于生物质能利用领域，具体涉及一种微晶纤维素和草酸共热解制备脱水糖混合物的方法。

背景技术

生物质资源是唯一可以转化为液体产物的碳可再生资源，利用快速热解液化技术可以直接将固体的生物质转化为液体的生物油。生物油成分极其复杂，其中包括多种高附加值的化学品，如脱水糖衍生物等；但是含量一般都很低，难以分离提取。因此，为了直接获得富含特定高附加值化学品的生物油，需要对生物质热解过程进行定向调控，从而选择性地促进特定目标化学品的生成并抑制其他液体副产物的生成。

纤维素是生物质的三大组分之一，脱水糖产物是纤维素快速热解形成的一类重要产物，包括左旋葡聚糖、左旋葡萄糖酮、1,4；3,6-二脱水-α-D-吡喃葡萄糖等，由于这些脱水糖产物均具有独特的手型结构，其在化工合成中具有巨大的应用潜力。目前，上述脱水糖产物仍未大规模的工业生产，制备困难，价格十分昂贵。当热解过程引入合适的酸性催化剂时，纤维素快速热解可以得到富含脱水糖衍生物的生物油。常用的催化剂有无机酸(如磷酸、硫酸)、固体超强酸、复合双金属、沸石分子筛等。尽管上述催化剂的加入能够明显改善纤维素的快速热解过程，但是上述催化过程面临着催化剂回收困难、污染环境、价格高昂等问题，限制了其大规模的工业应用。因此，需要开发一种绿色无污染且价格低廉的脱水糖衍生物制备方法。

草酸，是一种具有晶体结构的有机羧酸，具有温和的酸性。其广泛存在于植物中，工业化生产方法成熟，因此价格低廉。更重要的是，草酸在受热的情况下可以完全分解，形成CO、CO₂和H₂O，因此可以尝试使用草酸替代现有常规催化剂来进行脱水糖混合物的选择性制备。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种环保的微晶纤维素和草酸共热解制备脱水糖混合物的方法。

本发明所述方法，具体如下：

以微晶纤维素和草酸为原料，将两者混合接触；然后在无氧条件下于200～500℃进行快速共热解，加热时间不超过20分钟；收集热解气，经冷凝后得到富含脱水糖混合物的液体产物。

优选的，所述混合接触为将微晶纤维素与草酸机械混合；且两者满足质量比为1:10～10:1。

优选的，所述混合接触为将微晶纤维素在草酸溶液中浸渍后烘干，两者满足比例为：1g:1mL～1g:1L，且草酸浓度为0.1mol/L～2mol/L。

所述脱水糖混合物包括左旋葡聚糖、左旋葡萄糖酮、1,4；3,6-二脱水-α-D-吡喃葡萄糖、2-甲酰基-1,4；3,6-二脱水-α-D-吡喃葡萄糖、1,5-脱水-4-脱氧-D-甘油基-己-1-烯-3-阿洛酮糖和1-羟基-3,6-二氧二环[3.2.1]-2-辛酮，并以左旋葡萄糖酮、1,4；3,6-二脱水-α-D-吡喃葡萄糖和2-甲酰基-1,4；3,6-二脱水-α-D-吡喃葡萄糖为主要产物。

所述无氧条件是维持反应体系在惰性无氧保护气体环境下。

所述热解反应为反应器预加热至设定热解温度后将原料放入反应器恒温区；或者将原料在室温下放入反应器恒温区后快速加热反应器至设定温度，加热速率不低于100℃/s。

本发明的有益效果为：