[发明专利]氯化锌熔盐水合物低温常压催化纤维素制备乳酸的方法

说明书

本发明公开了一种氯化锌熔盐水合物低温常压催化纤维素制备乳酸的方法。该方法先采用氯化锌熔盐水合物破坏纤维素内部氢键网络结构，获取低结晶度再生纤维素，再结合催化剂Er‑C，实现低温常压降解纤维素制取乳酸。采用本发明的方法催化纤维素制取乳酸，具有高效催化（乳酸产率和选择性高）、操作简单和成本低（反应温度低、设备简单、无需惰性或还原气氛、催化剂价格低廉）、催化剂易回收等特点，可避免大量副反应产生，提高产物选择性，降低产物分离成本，具有极高应用价值。

技术领域

本发明属于乳酸生产技术领域，具体涉及一种氯化锌熔盐水合物低温常压催化纤维素制备乳酸的方法。

背景技术

近年来，乳酸被广泛用作农业或工业可降解塑料的原料，是解决白色垃圾、保护环境、走绿色发展路线的重要原料，因此，其生产和制备方法具有十分重要的研究和工业应用的价值。目前，乳酸的工业化生产主要是在厌氧条件下以葡萄糖和蔗糖为原料，通过生物发酵法来制备的。但是该方法存在以下两种主要缺点：其一是生物发酵法的缺点：生产效率低、产物纯度不高，需要进一步处理，成本较大，能耗强，不利用工业化生产；其二是原料的缺点：葡萄糖和蔗糖是可食用的糖类，价格较高，影响生产成本。因此，以非食用糖类化合物为原料，开发更加适合工业化生产乳酸的方法是目前重点任务之一。

化学法具有生产效率高、纯化技术成熟、成本和能耗较低的优点，是更加适合工业化的生产方式。纤维素是木屑、秸秆等农林废弃物的主要成分之一，占其比例45％以上，是不可食用的糖类。因此，以纤维素为原料，利用化学法将纤维素制备成乳酸是目前的研究趋势和热点方向。但是，由于纤维素是由葡萄糖单元通过β-1,4糖苷键和分子间和分子内氢键链接起来紧密堆积的高分子化合物，具有高结晶度、低溶解度(难溶于水和常见有机溶剂)和高抗降解性等特点，因此高效降解纤维素制备乳酸的难度很大，存在很多的技术难题，具有较大挑战性。

为了克服上述纤维素高结晶度和难溶解等缺点，目前纤维素降解制备乳酸的方法主要采用两种思路。其一：一步法-高温催化降解法。其思路如下：高温(200℃以上亚临界或超临界水)增加水的电离常数，促使其自水解或电离产生H₃O⁺，与纤维素糖苷键结合，诱使其降解为低聚糖；生成的低聚糖与体系内催化剂(一般为Lewis酸催化剂)作用降解生成乳酸。为了减少副产物产生，防止高温条件下原料和中间产物被氧化，在反应前需要置换体系内空气，加入一定量惰性气体或还原性气体，以提高产物乳酸产率和选择性。该方法存在反应温度过高、压力较大、设备成本高、操作安全较差等缺点。

其二：两步-降解催化法。其思路如下：首先，利用将纤维素转化为低结晶度的纤维素(溶解法)或将其降解为低聚糖(降解法)；其次，再利用催化剂(一般为Lewis酸催化剂)将纤维素降解液或溶液转化为乳酸。此种方法最大特点是可以显著降低反应温度。但由于降解法(通过酸碱盐催化剂降解)存在过度反应，极易在第一步中产生除糖以外，其它副产物，如各种有机酸-葡萄糖酸、甲酸、乙酸、乙酰丙酸、甘油酸和其它化合物-5-羟甲基糠醛、葡萄糖酮、甲醛等，降低乳酸的产率和选择性。同时给第二步降解反应带来了极大困难，第一步产生副产物易在第二步过程诱发其他副反应，致使乳酸产率和选择进一步下降，分离困难。因此，目前第一步极少采用降解法，较多采用溶解法，即利用一定方法将纤维素转化为低结晶度的纤维素。溶解法主要有物理法和化学法两种方式，但物理法对纤维素内部结构破坏有限，同时在处理前需要对纤维素进行预处理；而化学法虽然可以大幅较低纤维素结晶度，不需要前期处理，但如何保证在第一步作为溶剂的试剂不会对第二步降解制备乳酸的反应产生副反应。因此，选择何种溶剂将纤维素转化为低结晶度纤维素的方法将十分重要。

发明内容

针对目前化学法降解纤维素制备乳酸过程中反应温度过高、压力较大、设备成本高、过度反应、选择性低等问题，本发明提供了一种氯化锌熔盐水合物结合Er-C低温常压催化纤维素制备乳酸的方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种氯化锌熔盐水合物低温常压催化纤维素制备乳酸的方法，包括以下步骤：