[发明专利]一种生物质定向绿色产低元酸和二氧化碳的方法

说明书

本发明公开了一种生物质定向绿色产低元酸和二氧化碳的方法。该方法通过构建水‑氯化胆碱类离子液体转化体系，直接将多种形式存在的木质素反应底物转化低元酸和二氧化碳，木质素结构破坏彻底，产物收率高，反应介质绿色环保、价格低廉。相比目前其他木质转化方法，本方法可持续性更好、应用潜力更大。

技术领域

本发明涉及生物质催化转化领域，具体涉及一种生物质定向绿色产低元酸和二氧化碳的方法。

背景技术

木质纤维素类生物质作为世界上最大的可再生资源，年利用率不足15％。限制其高效利用的一个重要原因就是复杂的纤维素、半纤维素、木质素交联结构，常规的焚烧处理方式容易造成了严重的环境污染。木质素结构相对纤维素和半纤维素更复杂，其催化制备能源及化工品是目前生物质炼制的热点。甲酸、乙酸、乙醚作为大宗化学品，在人类社会中有着广泛的用途，木质素催化制备低元酸多以小分子模化物底物为主，且反应介质大多有毒有害，不符合绿色可持续发展要求。如专利CN 106673971 A报道的甲基三氧化铼催化木质素的方法，存在以下缺点：(1)需要用微波辅助，对反应器有特殊要求，工业上大规模使用成本较高；(2)反应溶液采用短链烷基咪唑类离子液体或烷基吡啶型离子液体，成本较高且具有毒性；(3)产物主要是酚类产物，不能较为彻底的破坏掉木质素的芳香环结构得到短链脂肪酸。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物质定向绿色产低元酸和二氧化碳的方法，通过构建水-氯化胆碱类离子液体转化体系，直接将木质素生物质转化成了甲酸、乙酸、乙醚、二氧化碳，芳香性结构破坏彻底，反应介质绿色无害，且反应后几乎没有木质素残留，有利于去除木质纤维类生物质中的木质素。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种生物质定向绿色产低元酸和二氧化碳的方法，该方法包括以下步骤：

将水和氯化胆碱按照摩尔比1～8:1混合制得类离子液体，然后加入木质素底物、甲基三氧化铼和双氧水或氧气，在160～200℃下反应2～8h得到低元酸和二氧化碳产物；所述木质素底物中的木质素在离子液体中的质量百分浓度为0.5～5％，甲基三氧化铼与木质素的质量比为1:5～30，甲基三氧化铼和双氧水的质量比为1:500，或氧气3Mpa。

所述的木质素底物选自碱提取木质素、水热预处理生物质、未处理生物质中的至少一种。

所述的生物质为玉米芯。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)以多种形式存在的木质素为原料直接制备低元酸和二氧化碳，木质素结构破坏彻底，产物收率高；

2)反应介质绿色环保、价格低廉。

总之，本发明通过构建水-氯化胆碱类离子液体转化体系，以甲基三氧化铼做催化剂，双氧水或氧气为氧化剂，可以直接将木质素生物质转化成了低元酸和二氧化碳，木质素结构破坏彻底，溶剂和氧化剂绿色环保、价格低廉，反应后残留木质素少。相比于其他途径，本方法条件简单，绿色环保，有利于大规模的工业生产。

具体实施方式

根据下述实施例，可以使本领域的技术人员更好地理解本发明。实施例所描述的仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

实施例1

将水和氯化胆碱按照摩尔比8:1混合制得水-氯化胆碱类离子液体，以0.5％质量百分浓度加入碱木质素，加入甲基三氧化铼催化剂使其与碱木质素的质量比为1:30，再向反应釜中充入3MPa氧气，在200℃下反应2h得到产物。木质素转化率达到99％，将液/气产物用GC-MS测定，以碳收率计算，得到19.06％甲酸，16.93％乙酸，23.59％乙醇酸，6.75％乙醚，31.17％二氧化碳，产物总碳收率达到97.50％。

实施例2