一种通过连续萃取实现5-羟甲基糠醛连续合成的方法技术

本发明专利技术公开了一种通过连续萃取实现5-羟甲基糠醛连续合成的方法，该方法在一个生成5-羟甲基糠醛的反应体系中，通过连续进入萃取剂，将反应体系中所生成的5-羟甲基糠醛连续萃取并带出反应体系，实现5-羟甲基糠醛的连续产出。本发明专利技术所设计的葡萄糖制备5-羟甲基糠醛的生产工艺可实现绿色清洁生产工艺条件下的5-羟甲基糠醛的规模化生产，具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种通过连续萃取实现5-羟甲基糠醛连续合成的方法
本专利技术涉及化工反应
，特别涉及了一种通过连续萃取实现5-羟甲基糠醛连续合成的方法。
技术介绍
随着全球石油、天然气等化石资源的枯竭，寻求可替代资源成为当务之急额。生物质资源(植物、动物、微生物)是利用光合作用产生的，是一种可再生资源，因此以生物质代替传统的化石资源，来制备人类所需的精细化工品具有重要的研究意义。5-羟甲基糠醛具有呋喃环、醛基以及羟基，是一种化学性质活泼的化工中间体，可以通过氧化、加氢等反应生成多种衍生物，是具有前景的精细化工原料。自通过碳水化合物降解获得5-羟甲基糠醛被报道以来，从生物质基原料制备5-羟甲基糠醛便成为众多研究的焦点。目前有关制备5-羟甲基糠醛的研究中，以自然丰都高可由非食用植物中纤维素水解得到的葡萄糖被认为是具有经济性的制备5-羟甲基糠醛的原料。而以葡萄糖为原料制备5-羟甲基糠醛较以果糖为原料要困难，难以实现高效率高选择性的转化为5-羟甲基糠醛。张宗超[ZhaoH,HolladayJE,BrownH,ZhangZC.Metalchloridesinionicliquidsolventsconvertsugarsto5-hydroxymethylfurfural.Science.2007Jun15；316(5831):1597-600]首次采用[EMIM]Cl-CrCl2催化体系，将葡萄糖转化为5-羟甲基糠醛，在葡萄糖浓度在10-20wt％的条件下可以获得50-70％的5-羟甲基糠醛收率。张宗超采用CuCl2-CrCl2双金属催化体系，以纤维素为反应原料，得到了收率50％以上的5-羟甲基糠醛，为直接从生物质制备5-羟甲基糠醛提供了极大可能。在离子液体体系中，随着葡萄糖浓度的升高，葡萄糖转化为5-羟甲基糠醛的选择性降低。在葡萄糖质量分数占离子液体质量20wt％时，5-羟甲基糠醛的选择性在65％以上，而在葡萄糖浓度达到80wt％时，5-羟甲基糠醛的收率下降到30％左右。而实现葡萄糖的高浓度转化是实现葡萄糖转化制备5-羟甲基糠醛工业级生产的重要环节。同时，离子液体性质稳定、沸点高，从离子液体体系中高效的分离出5-羟甲基糠醛也一个挑战。张宗超[张宗超,周锦霞.一种合成5-羟甲基糠醛的方法:中国,201410047832.9[P].2014.02.11]采用在离子反应体系中加入醇醚类物质，实现了高浓度体系下葡萄糖转化高效制备5-羟甲基糠醛的反应过程，采用该方法可以将反应相中生成的5-羟甲基糠醛部分进入到醇醚类有机溶剂中。在以水的为溶剂的反应体系中，5-羟甲基糠醛稳定性较差，Dumesic的工作[LeshkovYRtChhedaJN，DumesicJA.Phasemodifierspromoteefficientproductionofhydroxymethylfurfuralfromfructose[J].Science，2006，312(5782)：1933-1937.]中，采用水相与有机相构成的双相体系中，甲基异丁基酮为反应萃取剂，可获得70％以上的5-羟甲基糠醛收率。上述的离子液体以及水作为反应溶剂的反应体系，都采用间歇釜式的反应器，通过构建双相反应体系实现了5-羟甲基糠醛的高效制备以及有效分离。然而，采用间歇式的制备5-羟甲基糠醛的工艺，无法保证较高的单釜产率，反应器中大量萃取剂占用大量的反应空间，同时在反应规模扩大后，互不相容的两相间的传质也会受到影响。故上述的两种生产工艺并不适用于规模化的生产。本专利专利技术的连续萃取的连续5-羟甲基糠醛的工艺，通过构建连续的反应体系以及采用萃取剂连续通过反应相的连续萃取工艺，可实现在有限的反应空间内反应相与萃取剂比例可调，避免了间歇生产工艺中单釜产率的限制，以及相间传质的制约，故本专利专利技术的反应工艺，是实现以木质纤维素生产5-羟甲基糠醛规模化生产的一种具有潜力的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种通过连续萃取实现5-羟甲基糠醛连续合成的方法，通过连续萃取的反应工艺实现5-羟甲基糠醛的高效合成。一种通过连续萃取实现5-羟甲基糠醛连续合成的方法，在一个生成5-羟甲基糠醛的反应体系中，通过连续进入萃取剂，将反应体系中所生成的5-羟甲基糠醛连续萃取并带出反应体系，实现5-羟甲基糠醛的连续产出。该方法通过在反应过程中反应物料连续或间歇性加入、反应溶剂和催化剂的多次重复使用和离线更新实现了反应原料转化为5-羟甲基糠醛反应过程的连续。同时，萃取剂连续通过反应相，不断将5-羟甲基糠醛抽提出反应相，且在萃取剂与5-羟甲基糠醛分离后，再次流入反应器进行萃取，实现萃取剂过程的连续。通过连续反应以及连续萃取耦合，实现了5-羟甲基糠醛的连续生产。所述反应相包括反应溶剂、催化剂、反应原料。所述反应原料为木质纤维素或其衍生的多糖或单糖，包括木质纤维素衍生的纤维素、低聚纤维素、葡萄糖、低聚葡萄糖、脱水葡萄糖、淀粉、果糖中的至少一种。所述反应溶剂可包括：离子液体、水的盐溶液、有机溶剂中的至少1种。所述的离子液体为咪唑类离子液体或胆碱类离子液体；所述咪唑类离子液体的结构式为：其中，X为Cl、Br、OAc、CH3SO3、NTf2、BF4、PF6中至少一种；n＝1-12；所述胆碱类离子液体结构式：其中，X为Cl、Br、OAc、CH3SO3、NTf2、BF4、PF6中至少一种；R1，R2，R3为C1-C12的烷基。所述有机溶剂：为二甲基亚砜、N，N—二甲基甲酰胺、乙腈、乙酸丁酯。所述水的盐溶液为：氯化钠，氯化镁、氯化钾、氯化钙等能改善5-羟甲基糠醛在双相体系中分配系数的无机盐水溶液。所述方法的萃取剂为醇、醚、烷烃、酮.中的至少一种。所述醇包括C1～C5的直链或直链烷基醇；所述醚包括乙二醇单甲醚、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、甲基异丁基醚、四氢呋喃；酮类包括甲基异丁基酮、乙酰丙酮；所述烷烃包括C6～C18的直链烷烃或环烷烃。所述催化剂为金属盐、固体酸催化剂、液体酸催化剂中的至少一种。所述金属盐为：CrCl2·xH2O，CrCl3·xH2O，CuCl，CuCl2·xH2O，AlCl3，LaCl3·xH2O，FeCl3·xH2O，ZnCl2·xH2O，LiCl，SnCl4，；所述固体酸催化剂为：酸性MFI、AFI、Beta沸石分子筛、酸性酚醛树脂；所述液体酸：硫酸、盐酸、磷酸、硝酸、苯磺酸。所述方法，反应温度为90-200℃，反应压力为0.1--6MPa。本专利技术的优点：本专利技术所提及的一种通过连续萃取实现5‐羟甲基糠醛连续合成的方法，能够实现5‐羟甲基糠醛的高效转化以及反应过程中的在线分离。本专利技术通过构建萃取剂连续通过反应相，并连续流出反应器的萃取剂循环系统，实现了在有限的反应空间内萃取剂与反应相任意比例的调变。反应过程中5‐羟甲基糠醛被萃取剂连续带出反应器，并在反应过程中在线分离，同时萃取剂在与5‐羟甲基糠醛分离后在系统中循环使用。通过连续萃取，且萃取剂流速可调的萃取过程，可有效的延长反应溶剂以及催化剂的使用周期，同时及时的从反应相中萃取分离出5‐羟甲基糠醛可有效的提高反应过程中5‐羟甲基糠醛的收率。附图说明图1为适用于本专利技术所设计的连续生产5-羟甲基糠醛工艺图；图中：1反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过连续萃取实现5‑羟甲基糠醛连续合成的方法，其特征在于，在一个生成5‑羟甲基糠醛的反应体系中，通过连续进入萃取剂，将反应体系中所生成的5‑羟甲基糠醛连续萃取并带出反应体系，实现5‑羟甲基糠醛的连续产出。

【技术特征摘要】
1.一种通过连续萃取实现5-羟甲基糠醛连续合成的方法，其特征在于，在一个生成5-羟甲基糠醛的反应体系中，通过连续进入萃取剂，将反应体系中所生成的5-羟甲基糠醛连续萃取并带出反应体系，实现5-羟甲基糠醛的连续产出。2.按照权利要求1所述的一种通过连续萃取实现5-羟甲基糠醛连续合成的方法，其特征在于，通过在反应过程中反应原料连续或间歇性加入、反应溶剂和催化剂的多次重复使用和离线更新实现了5-羟甲基糠醛的连续生产过程；同时，萃取剂连续通过反应相，不断将5-羟甲基糠醛抽提出反应相，且在萃取剂与5-羟甲基糠醛分离后，再次流入反应器进行萃取，实现萃取剂过程的连续；通过连续反应以及连续萃取耦合，实现了5-羟甲基糠醛的连续生产。3.按照权利要求2所述的一种通过连续萃取实现5-羟甲基糠醛连续合成的方法，其特征在于：所述反应相包括反应溶剂、催化剂和反应原料。4.按照权利要求2所述的一种通过连续萃取实现5-羟甲基糠醛连续合成的方法，其特征在于，所述的反应原料为木质纤维素或其衍生的多糖或单糖，包括木质纤维素衍生的纤维素、低聚纤维素、葡萄糖、低聚葡萄糖、脱水葡萄糖、淀粉、果糖中的至少一种。5.按照权利要求2所述的一种通过连续萃取实现5-羟甲基糠醛连续合成的方法，其特征在于，所述的反应溶剂可包括：离子液体、水的盐溶液或有机溶剂中的至少1种。所述的离子液体为咪唑类离子液体或胆碱类离子液体；所述咪唑类离子液体的结构式为：其中，X为Cl、Br、OAc、CH3SO3、NTf2、BF4、PF6中至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宗超，夏至，毛燎原，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21