[發(fā)明專利]一種添加阻聚劑的固體酸催化汽爆秸稈短纖維制備乙酰丙酸的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110362743.X
• 申請日: 2011-11-16
• 公開（公告）號: CN102675086A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳洪章;馬力通;于彬
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院過程工程研究所
• 主分類號: C07C59/185
• 分類號: C07C59/185;C07C51/00;C12P7/40
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于木質(zhì)纖維素生物質(zhì)原料資源化應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及到秸稈煉制乙酰丙酸的方法。

背景技術(shù)

乙酰丙酸(又名4-氧化戊酸、左旋糖酸或戊隔酮酸)是一種重要的化工原料，其結(jié)構(gòu)為：CH₃COCH₂CH₂COOH，它的分子中包含有一個羰基和一個羧基，兼?zhèn)渫退岬姆磻?yīng)特性，具有良好的反應(yīng)性，它能夠進行酯化、取代、氧化還原、聚合等多種反應(yīng)，它的4位碳原子是一個不對稱碳原子，因此還可以進行手性合成和拆分。利用這些特性，乙酰丙酸可以廣泛用于手性試劑、生物活性材料、聚合物、吸附劑、潤滑劑、涂料、電池、油墨、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域中。這些優(yōu)良的性質(zhì)使乙酰丙酸具備了成為一種新型平臺化合物的潛力，從它出發(fā)可以合成一系列具有巨大市場和高附加值的產(chǎn)品。

根據(jù)原料的不同，乙酰丙酸的生產(chǎn)方法可以分為兩大類：糠醇催化水解法和生物質(zhì)直接水解法，糠醇水解法是以糠醇為原料，在酸催化作用下合成乙酰丙酸。生物質(zhì)水解法中大多以含纖維素和淀粉等生物質(zhì)(玉米芯、造紙廢纖維、糠醛渣、木糖渣、高粱)為原料，在無機酸的催化作用下高溫共熱，生物質(zhì)原料可分解成單糖，再脫水形成5-羥甲基糠醛，然后進一步脫羧而生成乙酰丙酸。

在木質(zhì)纖維催化制備乙酰丙酸的過程中，經(jīng)常選用鹽酸、硫酸等無機酸催化劑，但無機酸催化制備乙酰丙酸存在著催化劑回收困難、乙酰丙酸難以分離等問題。固體酸與無機酸相比，其具有易回收、可再生、可重復(fù)利用且易與液體分離等特點，其中硫酸根促進型固體超強酸催化劑因其具有制備方法簡單、穩(wěn)定性好、催化活性高等優(yōu)點，而成為當(dāng)前催化劑領(lǐng)域的研究熱點之一。吳燕妮等在催化劑組成上添加稀土氧化釤制得S₂O₈^2-/ZrO₂-SiO₂-Sm₂O₃催化劑(吳燕妮，崔秀蘭，郭海福.S₂O₈^2-/ZrO₂-SiO₂-Sm₂O₃固體超強酸催化劑的XPS研究[J].中國稀土學(xué)報，2003，21(2)：79-83)，保持高催化性能的同時大大提高催化劑的穩(wěn)定性和選擇性。目前，固體超強酸催化制備乙酰丙酸主要以葡萄糖、果糖、蔗糖等為原料，而直接利用固體酸催化制木質(zhì)纖維素制備乙酰丙酸的研究卻鮮有報道。

專利(200910088596.4)公開了利用秸稈類生物質(zhì)制備乙酰丙酸的方法，專利(200710119313.9)公開了利用固體超強酸催化秸稈制備乙酰丙酸的方法。前者采取無氧條件下高溫稀酸制備乙酰丙酸，使用的稀酸為稀硫酸、稀鹽酸、稀磷酸，與固體超強酸相比，液體無機酸催化制備乙酰丙酸存在著催化劑回收困難、乙酰丙酸難以分離等問題。后者分別以原秸稈、汽爆秸稈、汽爆秸稈超細(xì)粉體、汽爆秸稈纖維組織部分為原料利用固體超強酸催化制備乙酰丙酸。我們進一步拆分原料秸稈將纖維組織分離出短纖維利用固體強酸催化制備乙酰丙酸，提高秸稈資源的整體利用率。

此外，制備乙酰丙酸的過程中，會伴隨著一些副反應(yīng)的發(fā)生，其中主要包括纖維素自身的氧化分解以及反應(yīng)過程中產(chǎn)生葡萄糖、羥甲基糠醛等中間體的氧化聚合等，通過這些副反應(yīng)，纖維素被降解產(chǎn)生一些難溶性的腐植酸類物質(zhì)，限制了纖維素催化制備乙酰丙酸產(chǎn)率的提高。因此，針對制備乙酰丙酸的反應(yīng)特點，需要研究相應(yīng)的方法抑制副反應(yīng)的發(fā)生，提高乙酰丙酸的得率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種添加阻聚劑的固體酸催化汽爆秸稈短纖維制備乙酰丙酸的方法，該方法采用固體酸催化劑代替液體酸催化汽爆后的稻草秸稈短纖維水解，中間產(chǎn)物脫水后開環(huán)水合得到乙酰丙酸，添加阻聚劑提高乙酰丙酸收率可達25.2％。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供的固體酸催化汽爆秸稈短纖維制備乙酰丙酸的方法，其包括以下步驟：1)對稻草秸稈進行蒸汽爆碎預(yù)處理，梳理過篩收集短纖維組分；2)添加阻聚劑利用固體超強酸催化劑催化稻秸制備乙酰丙酸；3)固體超強酸催化劑的重復(fù)使用及再生。

本發(fā)明的蒸汽爆碎處理是在汽爆罐中在0.3～2.0MPa的蒸汽壓力下進行1～7min。