[發明專利]抑制木質素縮合的方法

有效

• 申請號: 202010794458.4
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN111958730B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 張永超;秦夢華;傅英娟;王兆江;李宗全
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: B27K9/00
• 分類號: B27K9/00;B27K3/50
• 代理公司: 濟南信達專利事務所有限公司 37100
• 代理人: 羅文曌

本發明公開了一種抑制木質素縮合的方法，屬于生物質精煉領域。所述方法以小分子酚類有機物代替大分子的木質素，優先與木素的活性位點發生反應，旨在增加脫木質素效率，并抑制分離過程中木質素的縮合反應，以獲得非縮合型木質素產物的方法，提高木質素轉化為高附加值化合物的經濟可行性。同時減少了纖維素紙漿中的殘余木質素，提高纖維素的純度。操作流程簡單，易回收重復利用，從而有效降低生產能耗和運行成本。

技術領域

本發明涉及生物質精煉領域，具體提供一種抑制木質素縮合的方法。

背景技術

近年來，有關生物質基材料、能源以及化學品的研究逐漸受到廣泛關注，針對“石油精煉”提出了“生物質精煉”的概念，旨在以木質纖維為原料，利用可持續及環境友好的技術生產高附加值的產品，實現木質纖維全組分的高值化利用。制漿造紙產業作為木質纖維原料巨大的消耗者，傳統的制漿工藝主要利用了木質纖維原料中的纖維素，而其他兩種主要組分半纖維素和木質素均未得到充分利用。基于生物質精煉的理念，探索木質纖維原料全組分的高效分離技術，對于傳統的制漿造紙工業來說既是一個嚴峻的挑戰，同時又是一個難得的發展機遇。

立足于生物質精煉的概念，發展新型高效的木質纖維分離工藝，應該滿足兩個原則：(1)選擇性高效分離木質纖維原料的主要組分，得到纖維素紙漿、半纖維素糖類和木質素等產物；(2)分離的各組分易于進一步加工成高附加值產品。從而在此基礎上，構建起木質纖維高值化利用的生物質精煉平臺。

然而，在木質纖維原料的分離過程中，尤其是酸性體系下，木質素在降解脫除的同時也會發生縮合反應，即木質素結構單元之間以碳-碳鏈接的方式再聚合。這種縮合反應一方面會導致原料中木質素相對分子質量的增加，在木質纖維原料組分分離過程中不易被降解脫除，降低了組分分離效率；另一方面新生成的分子間碳-碳鍵穩定性較高，不易被斷裂，大大增加了催化解聚的難度，嚴重制約了木質素后續的轉化利用。因此，木質素的縮合反應已成為木質纖維資源全組分高值化利用的瓶頸。

因此，通過改進現有的分離木質纖維素的技術，在提高木質素脫除率的同時而不會發生嚴重的縮合反應，得到性能優良的紙漿和較高得率的非縮合型小分子木質素產物，這對于實現生物質資源利用的高值化和產業化具有重要的意義。

發明內容

本發明是針對上述現有技術的不足，提供一種抑制木質素縮合的方法，以提高木質纖維生物質組分分離效率，獲取非縮合型小分子木質素產物。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：抑制木質素縮合的方法，其特點是以小分子酚類有機物代替大分子的木質素，優先與木素的活性位點發生反應，進而阻止木質素大分子之間的縮合反應。

申請人發現小分子酚類有機物能夠優先與木素的活性位點發生反應，能夠有效減少要質素分子之間的縮合反應，進而提高產物中小分子木質素的占比。

作為優選，可以以一定配比的蒸煮試劑和小分子酚類有機物共混構成的蒸煮藥液對木質纖維素原料進行高溫分離。該高溫分離的目的可以是制漿造紙，也可以是生物質綜合利用。

本發明所述小分子酚類有機物為芳烴的含羥基衍生物，苯環數量為1-2個，優選為甲酚、苯酚、間苯二酚、對苯二酚和水楊酸中的一種或兩種以上物質的混合物。

所述蒸煮試劑可采用現有技術常規的有機溶劑分離方法所用溶劑，并采用其常規濃度，優選為甲酸、乙酸、甲醇、乙醇、離子液體、亞硫酸鈉和氫氧化鈉中的一種或兩種以上物質的混合物。

蒸煮藥液中蒸煮試劑與小分子酚類有機物的質量比可以是(5-95)：(95-5)，優選為(1-15)：1，更優選為(2-9)：1。

進一步的，本發明方法中高溫分離的工藝條件包括：

料液質量比為1:4-1:20，優選為1:4-1:10，更優選的為1:7-1:10；

蒸煮溫度60-200℃，優選為80-170℃，更優選的為130-140℃；