[發(fā)明專利]一種通過光催化將木質(zhì)素解聚成芳香化合物的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910273947.2
• 申請日: 2019-04-08
• 公開（公告）號: CN110002972B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張?jiān)綕?/a>;何江華;王銀玲
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: C07C45/00
• 分類號: C07C45/00;C07C41/18;C07C1/20;C07C47/575;C07C43/205;C07C43/23;C07C15/06
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 劉世純;王恩遠(yuǎn)

一種通過光催化將木質(zhì)素解聚成芳香化合物的方法，屬于應(yīng)用化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。是以木質(zhì)素為反應(yīng)底物，在光源激發(fā)的條件下，在光催化劑的催化下，在堿及氫給體的輔助下，進(jìn)行C?C鍵的選擇性裂解，從而將木質(zhì)素解聚成芳香化合物；其中反應(yīng)底物、光催化劑、堿、氫給體的摩爾比為100：(0.5～10)：(1～20)：(1～20)，反應(yīng)溫度為室溫，反應(yīng)時(shí)間為6～24小時(shí)。本發(fā)明具有反應(yīng)步驟簡單、反應(yīng)條件溫和、斷鍵選擇性高、產(chǎn)物選擇性高、100％原子效率、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，對木質(zhì)素及模型化合物的多種化學(xué)鍵都有作用，并且高選擇性、高效地降解木質(zhì)素，有利于木質(zhì)素降解的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于應(yīng)用化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種通過光催化將木質(zhì)素解聚成芳香化合物的方法。

背景技術(shù)

能源部門預(yù)測，到2030年，能源需求將顯著增加，不可再生的化石能源勢必不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的能源需求。作為地球上儲(chǔ)量最豐富及自然界中唯一含有碳元素的可再生資源，生物質(zhì)資源在生產(chǎn)高附加值化學(xué)品方面有其獨(dú)特的優(yōu)勢，它的開發(fā)利用已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略重點(diǎn)。木質(zhì)纖維素是一種由植物光合作用而產(chǎn)生的生物質(zhì)，具有來源廣且價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，因此開發(fā)潛力無限。

木質(zhì)纖維素是構(gòu)成植物框架的主要成分，其組成包括木質(zhì)素、纖維素和半纖維素。其中，木質(zhì)素是存在于大部分陸地植物木質(zhì)部分中的復(fù)雜的高分子化合物，其儲(chǔ)量僅次于纖維素，具有高達(dá)1500億噸的年產(chǎn)量。人類利用纖維素和半纖維素已有數(shù)千年的歷史，其加工技術(shù)已經(jīng)很成熟。然而，在利用纖維素和半纖維素的同時(shí)，大量的木質(zhì)素作為工業(yè)制漿的廢棄物隨廢水直接排入江河，不僅白白浪費(fèi)掉大自然恩賜給人類的資源，還對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)中既有碳鏈又有芳香環(huán)，是能從天然資源中獲得芳香化合物的唯一原料。經(jīng)過幾十年的研究，木質(zhì)素已經(jīng)應(yīng)用于樹脂、膠黏劑、橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑、油田化學(xué)品、建材助劑等高分子材料領(lǐng)域。但隨著化石能源的不斷減少，降解木質(zhì)素得到高附加值的芳香化合物已成為木質(zhì)素利用的最具潛力的方式之一。

木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，是由苯基丙烷類結(jié)構(gòu)單元(紫丁香基丙烷單元S、愈創(chuàng)木基丙烷單元G、對羥基苯基丙烷單元H)通過碳-碳鍵和醚鍵連接而成的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子聚合物。相比于C-O鍵，C-C鍵因其更高的能壘而更難斷裂。因此，通過C-C鍵活化降解木質(zhì)素仍然處于初步研究階段。目前，木質(zhì)素C-C鍵的裂解存在以下幾個(gè)問題：1)反應(yīng)條件苛刻，需要高溫或高壓；2)反應(yīng)步驟繁瑣，一般需要經(jīng)歷多步反應(yīng)；3)斷鍵選擇性差，通常伴隨著C-O鍵的裂解；4)產(chǎn)物選擇性差，會(huì)產(chǎn)生多種產(chǎn)物。因此，實(shí)現(xiàn)溫和條件下高效、高選擇性地?cái)嗔涯举|(zhì)素C-C鍵的催化體系還有待開發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，克服背景技術(shù)的不足，提供一種步驟簡單、反應(yīng)條件溫和的高效、高選擇性地?cái)嗔涯举|(zhì)素C-C鍵的催化體系，從而通過光催化將木質(zhì)素解聚成芳香化合物。

本發(fā)明所述的一種通過光催化將木質(zhì)素解聚成芳香化合物的方法，其特征在于：在有機(jī)溶劑中，以木質(zhì)素為反應(yīng)底物，在光源激發(fā)的條件下，在光催化劑的催化下，在堿及氫給體的輔助下，進(jìn)行木質(zhì)素C-C鍵的選擇性裂解，從而將木質(zhì)素解聚成芳香化合物；其中反應(yīng)底物、光催化劑、堿、氫給體的摩爾比為100：(0.5～10)：(1～20)：(1～20)，反應(yīng)溫度為室溫，反應(yīng)時(shí)間為6～24小時(shí)；

所述的光源為藍(lán)光(λ＝407～505nm)LED燈、紫光(λ＝380～405nm)LED燈、近紫外(200～380nm)LED燈、氘燈、氙燈、汞燈等；

所述的光催化劑為具有光學(xué)活性的金屬配合物，其結(jié)構(gòu)式如下所示：

其中R是氫、甲基、三氟甲基、乙基、異丙基、叔丁基、芳基或鹵素等；

所述的堿為吡啶、2-甲基吡啶、2,4,6-三甲基吡啶、4-二甲氨基吡啶、三乙胺、二異丙胺、叔丁醇鉀、叔丁醇鈉、1,8-二氮雜二環(huán)十一碳-7-烯、三乙烯二胺、四丁基氯化銨、四丁基氟化銨、四丁基溴化銨、四丁基碘化銨、四丁基對甲氧基苯甲酸銨等；