[發明專利]銨基型布朗斯特酸性離子液體促進提取秸稈中木質素和催化制備乙酰丙酸及其乙酯的方法

有效

• 申請號: 202111502391.3
• 申請日: 2021-12-09
• 公開（公告）號: CN113999269B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 趙煒;王仃凱;劉序堂;蔣志杰;崔明昱;梁沖;董林陽;王飛
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: C07G1/00
• 分類號: C07G1/00;C07C67/00;C07C69/716;C07C51/00;C07C59/185;B01J31/02
• 代理公司: 徐州千秋知識產權代理事務所(普通合伙) 32556
• 代理人: 周敏

本發明公開了一種銨基型布朗斯特酸性離子液體促進提取秸稈中木質素和催化制備乙酰丙酸及其乙酯的方法，步驟包括：1)以預處理的秸稈粉為原料，采用有機溶劑法，以銨基型酸性離子液體為促進劑，在適宜反應條件下從秸稈中提取木質素；2)以銨基型酸性離子液體為催化劑，催化秸稈提取木質素后產生的富含纖維素的殘渣CRR和廢液CRL制備乙酰丙酸和乙酰丙酸乙酯。其制備方法簡單有效、成本低廉、反應溫度低、毒性小，克服了現在現有技術的工藝復雜、成本高、毒性大、耗能高和產品收率低等不足，同時該離子液體對木質素提取和碳水化合物的催化降解制備乙酰丙酸及乙酰丙酸乙酯有很好的效果。

技術領域

本發明涉及農作物秸稈廢棄物轉化再利用技術領域，具體涉及一種銨基型布朗斯特酸性離子液體促進提取秸稈中木質素和催化制備乙酰丙酸及其乙酯的方法。

背景技術

中國的秸稈資源非常豐富，但長期處于單一組分資源化利用狀態或低值化利用，導致其他組分在加工過程中被破壞、丟棄，造成秸稈資源巨大浪費。隨著化石資源的日益減少，作為解決未來能源、材料和化學品短缺的重要途徑，秸稈全組分高值化利用技術受到國內外研究者的極大關注與重視。

從原料的角度分析，秸稈所含纖維組分的纖維較短、強度差，不適用力學性能要求較高的纖維素材料領域；如果目標產物為小分子化合物，如液體燃料、平臺化合物等，就要盡可能在實現組分分離的同時，積極構建糖平臺。相較于纖維組分，木質素自身天然結構復雜，且分離過程中常伴隨芳基醚鍵斷裂及C-C縮合結構生成，導致其網絡結構坍塌，反應活性下降，在現有的工業分離條件下，無法實現有效分離及高值轉化。但是，木質素作為自然界中唯一可再生的芳香族化合物，可用于生產燃料和芳香性小分子化合物等，應用潛力巨大、前景廣泛。

目前，將木質素從植物資源中分離的方法主要有物理法、酸法、堿法、有機溶劑法和生物法等，其中，有機溶劑法是選取合適的有機溶劑，在一定條件下水解或溶解木質素，使得纖維素和木質素充分分離，效果較好。有機溶劑法采用甲醇、乙醇、乙酸和丙酮等有機溶劑，是一種高效的脫木質素技術，可回收相當純的木質素餾分；而酸水解特別適用于半纖維素的水解和溶解，如H₂SO₄或HCl，所以，有機溶劑提取木質素的體系中加入適量的酸有利于反應的進行。一般來說，傳統的和Lewis酸堿都是這一過程的強有力的促進劑。使用均相促進劑后分離純化比較困難，而非均相促進劑與秸稈接觸受限導致反應活性相對較低也不容忽視。尋找一種適合秸稈的預處理和溶解的酸性促進劑是非常必要的。近年來，離子液體作為一種新型的綠色溶劑和促進劑，在秸稈溶解和解聚中被廣泛應用。

離子液體可以選擇性地斷裂纖維素、半纖維素和木質素之間的連接鍵，實現有效的分離。用咪唑基離子液體從生物質中提取木質素已被許多研究者研究，但由于其自身成本高、毒性強、難于分解對環境造成了一定危害。近年來，銨基離子液體由于成本低，毒性相對于咪唑小，易于環境分解，開始受到人們的廣泛關注。最近，三乙基硫酸氫銨([Et₃NH][HSO₄])已被用于處理生物質(即木質纖維素原料的分解)。這種廉價的離子液體蒸氣壓低，熱穩定性好，可循環利用。除橄欖渣外，[Et₃NH][HSO₄]的有效性已在其他生物質中得到證明。根據處理條件和基質類型的不同，木質素回收率在30-100％之間。但是，之前提取木質素的研究基本都是把離子液體直接用作溶劑，離子液體由于較大的黏度，不利于生物質和溶劑的充分接觸，同時把制備的離子液體直接作為溶劑用于木質素提取，提高了成本。

組分分離是廢棄秸稈高值化的基礎，而組分高值化利用則是秸稈產業鏈延伸和發展的關鍵，只有下游產品具有一定的市場前景和活力，才能推動整個產業持續快速發展。