[发明专利]一种金属-酸碱功能集成催化剂的制备方法及其催化断裂木质素醚键制芳香物的应用

说明书

本发明公开了一种金属‑酸碱功能集成催化剂的制备方法及其催化断裂木质素醚键制芳香物的应用，催化剂中MgO亲水端和C嫁接了金属的疏水端分别在两相溶剂中完成选择性催化转化反应，同时具有的氢处理活性的金属中心和酸/碱活性中心实现了木质素醚键两相体系中的低温高效催化断裂转化，提高木质素转化为单体芳香物选择性和收率，降低了产物的复杂性，同时两亲性界面催化剂易于回收，解决了现有技术催化剂和产物和溶剂的分离和回收难的问题。

技术领域：

本发明涉及一种金属-酸碱功能集成催化剂的制备方法及其催化断裂木质素醚键制芳香物的应用。

背景技术：

木质素是一种三维非晶复杂聚合物，由甲氧基苯基丙烷及其衍生物组成，约占木质纤维素生物量的15～35％。目前，全世界的造纸和纸浆工业每年生产5000多万吨木质素，随着以木质纤维素生物质为原料的第二代生物乙醇的快速发展，预计到2030年将生产2.2亿吨木质素。然而，超过98％的碳水化合物被当作废物处理，并燃烧来取暖。木质素作为芳香物的唯一存储库，可潜在地作为生产燃料和化学品的丰富可再生资源。

木质素是由芳香族单体对香豆醇、松香醇和芥子醇三个单元通过C-C和C-O链接键以复杂的键合方式形成的三维高分子化合物。结构单元键之间的键合方式主要是C-O醚键(β-O-4、α-O-4、4-O-5、α-O-γ)，约占链接键的40～65％；其次是-C-C键的连接，主要有β-β、5-5、β-5、和β-1等，约占20～40％。将木质素链接键(特别是醚键)切断是木质素转化为芳香物化学品或燃料的必经步骤，该过程已引起极大关注[Angew Chem Int Edit 2014,53(33),8634-8639；Chemical reviews 2015,115(21)1159-11624；Energy Environ.Sci2015,8(6)1748-1763.]。由于C-O醚键比C-C键弱且相对不稳定，容易切断，在木质素的解聚利用中C-O醚键断裂成为了研究的重点。C-O醚键的选择性水解/氢解断裂是木质素解聚制备芳族化合物备受青睐的方法，这种断键方式很大程度依赖于金属的活性以及催化剂的酸/碱性[CN105080527B,CN108179644B,CN109706769A，Science 2010,327(5961)68-72；Energy Environ.Sci 2017,10(9),2042-2042.]。

碱催化解聚木质素是制备单体芳香族化合物的一种有效方法。在碱性催化脱木素过程中，醚键断裂是主反应。碱的浓度和性质是影响产物选择性和收率的重要因素，一般来说，碱性越强，木质素的转化率越高。因为碱的极化作用决定了解聚反应的动力学和反应机理。酸在木质素解聚的过程中也一样起了主导作用。酸解聚模型化合物的研究表明，在低至85℃的条件下，β-O-4醚键已可断裂[J Wood Chem Technol 2015,35(1),27-42；J WoodChem Technol 2011,57(3),219-225]。各种可溶性的路易斯酸[Green Chem 2017,19(1),202-214；Green Chem 2017,19(12),2774-2782；Chemsuschem 2016,9(20),2974-2981；Chemsuschem 2016,9(16),2074-2079.]、可溶性酸[J Wood Chem Technol 2015,35(1),27-42；Bioresources 2014,9(2),3347-2076.]和固体酸[Acs Catal2015,5(1),365-379.]在水、有机溶剂或溶剂混合物中对木质素进行了解聚转化，其单体收率呈现了一个非常宽的分布，从非常低的2wt％到非常高的61wt％。