[發明專利]一種碳水化合物催化轉化制備乳酸的方法

在審

• 申請號: 202010725670.5
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111807947A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 徐剛;葉娟;陳晨鈺;劉云珍;王發楠
• 申請（專利權）人: 福建師范大學泉港石化研究院
• 主分類號: C07C51/00
• 分類號: C07C51/00;C07C59/08
• 代理公司: 福州君誠知識產權代理有限公司 35211
• 代理人: 戴雨君

本發明涉及一種催化轉化碳水化合物到乳酸的方法，具體地說是碳水化合物在水熱條件下經催化轉化制備乳酸的過程。本發明方法，其特征在于，具體包括以下步驟：1）在密閉高壓反應釜中加入碳水化合物和催化劑，再加入純水混合；2）向高壓反應釜中通放氮氣排出空氣，再通入2 Mpa的氮氣，攪拌并加熱至160～300℃，反應10～120分鐘：3）將高壓反應釜置于冰水浴中冷卻至室溫；4）溶液經過微孔過濾膜過濾后得到本發明的目標產物。該方法可實現碳水化合物高轉化率和乳酸的高收率，且具有催化劑用量少，循環性好，對反應設備腐蝕小等優點。

技術領域

本發明涉及一種催化轉化碳水化合物到乳酸的方法，具體地說是碳水化合物在水熱條件下經催化轉化制備乳酸的過程。

背景技術

隨著化石能源的日益枯竭和環境污染的日益加劇,可再生清潔能源開發和利用受到了人們的廣泛關注。在風能，地熱能，太陽能，水力發電和生物質等各種可再生資源中生物質被認為是化石燃料的有前途的可再生替代品，可以轉化為各種增值化學品，且其中大部分是不可食用的木質纖維素。我國作為一個農業大國，木質纖維素資源十分豐富，僅每年的農林廢棄物就有近10億噸，工業纖維性廢渣數千萬噸。如果能將木質纖維素高效轉化為能源化學品，不僅可有效緩解我國經濟高速發展過程中所面臨的資源與環境之間的矛盾，同時對于綜合利用農林廢棄物、增加農民收入也具有重要的現實意義。乳酸是生物質能源轉化過程中一種重要的多功能平臺化合物，廣泛應用于醫藥、化妝品以及生物降解塑料等方面。在醫藥上，可以直接制成藥物使用。此外，乳酸作為安全的食品添加劑被用于飲料、糕點和各種酒類的生產中。在化妝品上作為保濕劑用于各種浴洗用品如沐浴液、潤膚露中，用乳酸為單體合成的聚乳酸生產出的塑料制品有良好的生物降解性，很好地避免出現白色污染問題。目前，乳酸的生產方法分為生物法和化學合成法兩大類。傳統生物法合成乳酸面臨周期長，分離成本高和過程控制要求嚴苛等限制因素。因此，近年來發展環境友好型生物質轉化制備乳酸的化學方法已成為人們努力探索的主要目標。Esposito等人(Chemsuschem，2013,6，989-992)通過考察在熱堿條件下以不同堿土金屬氫氧化物進行纖維素的轉化,當以Ba(OH)₂作為催化劑在反應溫度250℃下反應3min，可獲得57％的乳酸。Ye Wang等人(Nature Communications,2013,4,2141)通過使用一系列金屬鹽在高溫條件下來進行維素制乳酸的反應，發現以Pb(II)離子作催化劑，在190℃下反應4h，乳酸收率達到68％。其它陽離子催化纖維素時也得到大20％的乳酸產率。而后進一步研究了Al^III–Sn^II雙陽離子金屬催化體系(Green Chemistry,2018,20,735-734)，通過Al(III)和Sn(II)的協同作用，可以從纖維素中獲得65％的乳酸。在均相催化體系中，催化劑具有高活性，但也存在強腐蝕性，對設備要求極為苛刻，且催化劑從體系中分離純化十分困難，同時會造成大量鹽浪費，從而污染環境。Wang等(Green Chemistry,2013,15，2091-2095)使用鑭的三氟甲磺酸鹽作為催化劑催化纖維素轉化,在2MPa N₂、240℃、5h條件下以Er(OTf)₃作為催化劑催化效果最好，當以0.3g纖維素為底物，催化劑用量0.05g時乳酸產率高達89.6％。Lei等人(AppliedCatalysis A General,2014,482,78-83)使用ErCl₃為催化劑，2MPa N₂、240℃、0.5h條件下，0.1g底物，催化劑用量0.05g，探討了其催化不同底物轉化為乳酸的活性，結果顯示催化纖維素可得到產率為62.1％的乳酸。目前，活性最高的是鉺基等稀土型均相催化體系，但不易回收且由于容易存在缺陷導致親水，使得活性較差。所以，我們通過制備新型多相稀土釔基催化劑來穩定實現生物質高收率制乳酸。

發明內容

本發明的目的在于提供一種快速、高效催化轉化碳水化合物制備乳酸的方法，本方法操作簡單，成本低廉，環境友好，可回收，可重復利用等特點。

為了實現上述目的，本發明采取的技術方案為：