[發明專利]一種中性氣爆-SO3

在審

• 申請號: 202211433439.4
• 申請日: 2022-11-16
• 公開（公告）號: CN115819380A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 黃榮璐;楊志健;楊洋;朱昌路;楊悅
• 申請（專利權）人: 安徽金禾化學材料研究所有限公司
• 主分類號: C07D307/48
• 分類號: C07D307/48;B01J29/46
• 代理公司: 合肥英特力知識產權代理事務所(普通合伙) 34189
• 代理人: 孫健;鄒利

本發明公開了一種中性氣爆?SO₃超聲耦合預處理玉米芯催化制備糠醛的方法，包括如下步驟：步驟一，取塊狀的玉米芯，放置氣爆裝置罐體中，通入壓縮空氣，氣爆得試樣1。步驟二，取適量試樣1加水配置成一定固液比的混合體系投入反應釜，通入SO₃氣體，過濾得試樣2。步驟三，將試樣2在室溫下微波超聲處理得預處理樣品。步驟四，稱取一定質量的預處理樣品、棒狀固體酸催化劑、γ?戊內酯和水放入高壓反應釜，密封后充氮氣除去反應釜中空氣，關進出口氣閥，啟動控溫儀，待反應結束，進行固液分離，液相精餾得產品糠醛，并回收γ?戊內酯。本發明提供的方法，可有效抑制糠醛分子和中間體的縮合反應、降低糠醛的降解，易于分離純化，產生的廢水少等優勢。

技術領域

本發明屬于生物質化學品制備技術領域，具體涉及一種中性氣爆-SO₃超聲耦合預處理玉米芯催化制備糠醛的方法。

背景技術

糠醛又名α-呋喃甲醛(2-Furaldehyde)，分子式C₅H₄O₂，具有類似杏仁油味的無色或琥珀色透明液體。作為生物質基平臺化學品，廣泛用于石油化工、食品、醫藥和合成樹脂橡膠等行業。

目前，工業上生產糠醛以玉米芯為原料，但因其玉米芯結構復雜，纖維素、半纖維素不但被木質素包裹，且半纖維素部分共價和木質素結合，導致玉米芯難以利用，僅少量用作飼料或生產化工產品的原料，必須經預處理，切斷它們之間的氫鍵破壞其晶體結構，降低聚合度。單一的物理或化學預處理方法不能解決現有問題，需進行技術的耦合。

氣爆技術廣泛應用于植物纖維轉化為能源領域，CN101538597B公開的方法中，證明了SO₃氣體能夠有效地打破木質素與纖維素和半纖維素之間的連接，促進了木質素的剝離。張連慧等人采用低壓蒸汽爆破技術處理麥秸稈中木質素，氣爆后麥秸稈木質素結構受到一定程度破壞，麥秸稈纖維素發生斷裂，出現多孔結構。微波是一種電磁波，能使原料分子相互碰撞，原料內部結構松散，分子間氫鍵發生變化，能分離木質素和纖維素，提高糖化率。

糠醛生產工藝大多數以水作為反應溶劑，由于糠醛在水中具有一定溶解度，96℃下水和糠醛共沸，導致糠醛分離的效率較低，且在制取過程中存在酯化反應和縮合反應降低了糠醛的收率。γ-戊內酯是一種能夠運用于纖維素類生物質生產的綠色溶劑，能夠提高目標化學品的催化活性和選擇性。作為一種無毒和綠色的溶劑，在糠醛生產中具有很大的應用潛力。另外，礦物質液體酸作為催化劑的缺點是對反應釜具有腐蝕作用，反應完從液體中難于分離回收，對環境污染嚴重。固體酸催化劑具有價格低廉、容易獲得、催化效率高、可回收套用等優點，可有效解決液體酸在制備糠醛過程中存在的缺點。

發明內容

針對上述問題，本發明目的是提供一種中性氣爆-SO₃超聲耦合預處理玉米芯催化制備糠醛的方法。

該方法首先利用壓縮空氣進行中性氣爆，破壞玉米芯內部半纖維素與木質素部分共價結合的化學鍵，使得內部結構變得松散，半纖維素的反應活性增強，相較于酸性汽爆及蒸汽汽爆，壓縮空氣氣爆只對玉米芯進行結構上的破壞，不容易產生甲酸、乙酸等小分子副產物，從而提高了玉米芯中木糖的有效提取率。采用一鍋法，操作簡單，固體酸催化劑可抑制糠醛分子和中間體的縮合反應，綠色溶劑γ-戊內酯的溶劑效應降低了糠醛的降解，原料利用率高，產品糠醛收率提升，易于分離純化，產生的廢水少。其次可回收溶劑和催化劑進行套用，降低成本。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種中性氣爆-SO₃超聲耦合預處理玉米芯催化制備糠醛的方法，包括如下步驟：

步驟一，取塊狀的玉米芯(3-5cm)加入氣爆裝置，通入壓縮空氣，控制體系壓力為1.2MPa，于100℃-150℃下進行氣爆，得試樣1；