[發明專利]一種氧化鉬催化劑催化解聚生物質的方法

有效

• 申請號: 201710830451.1
• 申請日: 2017-09-15
• 公開（公告）號: CN107840783B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 宋國勇;肖領平;孫建奎;王水眾;李赫龍
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: C07C37/00
• 分類號: C07C37/00;C07C39/02;C07C39/18;C07C41/01;C07C43/23;C07G1/00;B01J29/03;B01J23/28;D21C5/00;D21C9/08
• 代理公司: 昆明人從眾知識產權代理有限公司 53204
• 代理人: 張鳳樓

本發明公開一種氧化鉬催化劑催化解聚生物質的方法，通過對生物質催化加氫反應，生物質原料中的木質素優先選擇性地裂解為C₉~C₁₂的苯酚基、愈創木酚或紫丁香基等衍生物的芳香族化合物。木質素的單體最高得率達到46.9 wt%，脫木素率達到95%以上。與現有技術相比，通過該方法解聚分離生物質組分，脫木質素率更高，木質素的單體得率更優，木粉中剩余的碳水化合物（纖維素）的結構沒有發生變化，并且分離后的碳水化合物可以用于制漿造紙和制備生物乙醇等。該方法以不同生物質為原料，包括針葉材、闊葉材以及能源草和竹類。原料價廉且豐富，催化劑、有機溶劑可回收重復使用，實現了對生物質各組分的高效分離及利用。

技術領域

本發明涉及一種氧化鉬催化劑催化解聚生物質的方法。

背景技術

化石燃料迅速消耗和環境問題日益嚴重，使有關可再生能源的研究再次引起國際上的廣泛關注。我國作為一個農業大國，每年的農林廢棄物達7億多噸。將這些產量巨大且可再生的木質纖維素資源高效轉化為能源、化學品及新型材料對實現人類可持續性發展具有重要意義。在未來，生物質作為一種可再生能源可替代化石燃料，生物煉制可替代石油煉制。生物煉制和石油煉制類似，是通過化學或生物方法將生物質進行降解得到一些中間體。

木質素是一種由多種木素前驅體通過自由基偶聯反應形成的具有三維體型結構的生物大分子，主要有三種基本結構單元，即愈創木基（G型）、紫丁香基（S型）和對羥苯基（H型），其中針葉材木質素主要是G型，闊葉材木質素主要是G型和S型，而禾本科植物木質素除了G型和S型木質素之外，還含有H型木質素，由于木質纖維素主要組分結構與性質之間存在著較大的差異，因此木質纖維素的高值化利用研究大多在木質纖維素各個組分分離的基礎上進行的木質纖維素組分的分離跟纖維素、半纖維素與木素的結構性質密切相關。纖維素、半纖維素和木素相互交織形成了致密的木質纖維素網絡結構，特別是半纖維素與木素之間的緊密結合，使得木質纖維素的組分分離對部分組分結構產生破壞。由于纖維素由大量的脫水葡萄糖組成，分子量遠高于半纖維素，而且纖維素是一種半結晶結構物質，大量的纖維素分子鏈聚集在一起形成結晶區，使得木質纖維素中纖維素組分溶出十分困難。

在傳統造紙工業中，木質素作為“廢物”以堿黑液的形式被排出，即得不到利用又污染環境，其他方法得到的木質素，包括酶解木質素，都是以犧牲碳水化合物為代價；例如堿木質素和有機溶劑木質素，木質素的結構都被破壞，不能有效的完整利用。近期，以木粉為原料，先將木粉中的木質素降解，碳水化合物組分基本保持不變的研究有所報道，例如以Ru/C為催化劑在3 MPa氫氣250 °C反應條件下，將樺木木粉解聚為主要含有以4-丙基愈創木酚和4-丙基丁香醇的50 %的單體得率（Energy Environ. Sci., 8, 1748–1763）。以Pd/C為催化劑，添加一定量的Zn在225 °C和3 MPa氫氣壓力下氫解楊木粉，得到以2,6-二甲氧基-4-丙基苯酚和2-甲氧基-4-丙基-苯酚為主的54 %木質素單體得率（Green Chem.,2015, 17, 1492–1499）。但這些都是貴金屬催化劑來展開研究的，催化劑成本比較高。

鑒于上述現有的分離解聚木質素存在的問題，有必要研發出一種利用廉價金屬氧化鉬催化劑，既能高效分離木質素，又能有效解聚木質素，且碳水化合物的結構可以有效的保護并加以利用的方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種氧化鉬催化劑催化解聚生物質的方法，以解決現有木質素分離與解聚方法中的缺陷，通過一鍋法反應將木質素高收率、高選擇性地轉化為單酚類芳香族化合物，既對木粉高效脫木質素，又實現木質素的資源化及高值化利用。

為了解決上述問題，本發明采用如下技術方案：一種氧化鉬催化劑催化解聚生物質的方法，包括以下操作：