[发明专利]一种应用碳基纳米稀土金属氧化物解聚木质素定向制备酚类物质的方法

说明书

本发明涉及降解木质素技术领域，具体公开一种应用碳基纳米稀土金属氧化物解聚木质素定向制备酚类物质的方法，具体的，将木质素在氧化剂作用下预氧化后再在催化剂作用下氢解得到酚类物质。通过预氧化‑氢解的二步法工艺路线，并在每一步工艺中有针对性地采用新型催化剂，并优化应用条件，实现了高效率降解木质素和高产率制备酚类产物。制备的酚类物质主要有2,6‑二甲氧基‑4‑丙烯基苯酚、2,6‑二甲氧基‑4‑(2‑丙烯基)苯酚、4‑丙烯基‑2‑甲氧基苯酚、4‑丙基愈创木酚，基于总木质素含量的总收率高达40.8wt％。

技术领域

本发明涉及木质素降解技术领域，具体涉及一种应用碳基纳米稀土金属氧化物解聚木质素定向制备酚类物质的方法。

背景技术

随着储量的减少和化石燃料消耗的增加，开发经济、绿色的和高效的可持续能源迫在眉睫。木质纤维素类生物质，包括草类、软木类和硬木类，因其巨大的储量、可再生性和低成本等显著特点而引起了全世界的关注。木质素是生物质三种主要成分之一，含量占10-35％，是一种无定形的三维聚合物，由苯丙烷单元组成，如对香豆醇、松柏醇和芥子醇，它们主要通过碳氧键或碳碳键连接，如β-O-4、α-O-4、β-β、5-5和β-5键等。木质素结构中丰富的苯环使其成为生产各种芳香族化合物的理想原料，被认为是唯一可再生的含芳香化合物单体的生物质资源。工业木质素主要来源于制浆造纸工业，我国每年副产木质素约7000万吨，其中98％以上的木质素被当作废料处理，造成了严重的资源浪费和环境污染。通过对木质素进行定向的催化解聚，选择性地打开木质素结构中的C-C键和C-O键，可以获得酚、芳香酮、芳香醛、芳香酸等高附加值的小分子化合物。由此路线生产芳香化合物，不依赖于石油、煤炭和天然气等不可再生的化石资源，且不会产生二氧化碳的净排放，不仅能够缓解化石资源供应紧张和日趋枯竭的问题，而且具有环境友好，绿色可再生的优势，符合绿色可持续发展的理念。

现有技术中涉及木质素催化解聚的核心为使用催化剂氢解，所用的催化剂主要有贵金属类催化剂、过渡金属、化合物类催化剂以及非金属催化剂。贵金属催化剂解聚木质素具有反应活性高、条件温和等优势，但是因其价格昂贵，难以实现工业化应用；过渡金属及其化合物类催化剂价格相对低廉，但是对于木质素解聚反应的选择性较差，活性较低，容易中毒失活，使用条件苛刻，不利于工业应用。因此，发展高选择性、高活性、价格适中和条件温和的催化剂对于木质素的高效定向解聚至关重要。

木质素的催化氢解多采用一步法或两步法；一步法生产历程短，省时省力，但对于结构复杂的木质素解聚选择性不佳；分步法虽然工艺路线较长，耗时较多，但是能够充分考虑木质素的结构复杂、不易解聚的特点，予以分步解决，有利于提高解聚的程度。

综上所述，由于木质素的结构非常复杂，性质非常稳定，对其进行高效定向催化解聚的难度较大。如何提供一种高效定向催化转化木质素的方法显得尤为必要。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种应用碳基纳米稀土金属氧化物解聚木质素定向制备酚类物质的方法。通过预氧化-氢解的二步法工艺路线，并在每一步工艺中有针对性地采用新型催化剂，优化应用条件，实现了高效率降解木质素和高产率制备酚类产物。

一种应用碳基纳米稀土金属氧化物解聚木质素定向制备酚类物质的方法，将木质素在氧化剂作用下预氧化后，再在碳基纳米稀土金属催化剂作用下氢解实现木质素的降解，得到酚类物质。

反应方程式：

进一步地，所述木质素源选自生物质棉杆、松木、桦木、杨木；依据制备方法的不同，分别被称为酸解木质素、热解木质素、汽爆木质素、碱木质素、硫酸盐木质素、木质素磺酸盐或有机溶剂木质素。

进一步地，所述氧化剂选自氧气、双氧水、过氧酸、吡啶、冰醋酸、马来酸酐、臭氧和4-乙酰氨基-四甲基哌中的一种或多种混合物。

进一步地，所述预氧化条件为30-300℃，时间0.5-48h，压力0.1-5MPa。