一种木聚糖合成糠醛的方法技术

本发明专利技术公开了一种木聚糖合成糠醛的方法，以木聚糖为原料，水为溶剂，以无机酸或有机酸为催化剂，氯化钠为助催化剂进行反应，将反应过程中产生的汽相冷凝，得到糠醛水溶液，再经过蒸馏，便得到高浓度的糠醛成品。本工艺使用了聚合度较低的木聚糖，这种木聚糖可以溶于水中，因此可以实现均相法制取糠醛，工艺更加简单，便于后续处理，降低了生产成本，不产生固体废渣，可实现糠醛的绿色生产。

A method of synthesis of furfural from xylan

The invention discloses a method for the synthesis of furfural with xylan. The method uses xylan as raw material, water as solvent, inorganic acid or organic acid as catalyst, sodium chloride as the catalyst, condenses the vapor produced in the reaction process to get the furfural aqueous solution, and then the high concentration furfural finished product is obtained by distillation. This process uses a low polymerization degree of xylan. This xylan can be dissolved in water. Therefore, the homogeneous phase method can be used to produce furfural. The process is more simple and convenient for subsequent treatment. The production cost is reduced, solid waste is not produced, and the green production of furfural can be realized.

【技术实现步骤摘要】
一种木聚糖合成糠醛的方法
本专利技术属于有机化学
，具体涉及一种糠醛制备方法和生物再利用技术。
技术介绍
糠醛化学名是呋喃甲醛，可以用于生产呋喃衍生物及呋喃树脂产品，也可以作为溶剂用于提炼高级润滑油和柴油，是一种非常重要的有机化工产品。我国的糠醛主要使用玉米芯制备，而华北及东北是玉米生产的主产区，因此，国内的糠醛厂家主要集中在华北及东北地区，南方地区的糠醛生产因此受到了区域因素的制约。当前玉米芯生产糠醛的工艺主要是将玉米芯使用粉碎机切成小颗粒，然后使用酸催化的间歇式工艺生产。由于玉米芯并不完全溶于反应液中，因此反应结束以后，存在固体废物处理的难题，当前这些固体废料主要依靠焚烧处理。污染比较大。因此本文使用了木聚糖来生产糠醛，由于木聚糖易溶于水，因此反应结束后不存在固体废物处理的难题，有助于缓解糠醛生产的高污染难题。木聚糖是一种天然的生物质原料，是植物中半纤维素的主要成分之一，可溶于水，可在土壤中自然降解，其来源广泛，可以从玉米芯、甘蔗渣等农副产品中提取得到，因此价格低廉、环境友好，被视为是取代石化资源的理想材料。如何有效地将木聚糖转化为高附加值的化学品是目前研究重点，对充分利用农业废弃物，解决能源环境危机及实现人类社会的可持续发展具有较大的意义。如王文菊使用研究了氯化物催化木糖和半纤维素制取糠醛，发现,SnCl4对催化木糖转化生成糠醛的活性最高,而SnCl4与LiCl的复配可以进一步提高糠醛产率(氯化物催化木糖、半纤维素及木质纤维制备糠醛的研究)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种糠醛制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是一种木聚糖合成糠醛的方法，其包括如下步骤：(1)以木聚糖为原料，水为溶剂，以无机酸或有机酸为催化剂，氯化钠为助催化剂进行反应，反应前使用氮气吹扫反应釜，排除釜内空气，其中，总反应液中以质量百分比计，木聚糖占1～10％，水占80～90％，无机酸或有机酸占1～8％，氯化钠占1～8％；由于氮气氛围下反应，可以避免糠醛高温下被氧气氧化；(2)将反应过程中产生的汽相冷凝，得到糠醛水溶液，再经过蒸馏，便得到高浓度的糠醛成品。优选的，步骤(1)中，反应温度110～160℃，反应压强150-620kPa，反应时间1～5小时。优选的，所用的木聚糖聚合度小于5，可以溶于水中，因此避免了常规方法遇到的木聚糖溶解性难题。优选的，所述的无机酸选自硫酸、磷酸或其混合。优选的，步骤(2)中，在反应过程中，间歇地将反应蒸汽导出冷凝，得到糠醛水溶液；避免了反应液中的糠醛进一步聚合反应，生成黑色的糠醛树脂。优选的，上述反应过程在釜式反应器中进行，该釜式反应器可以间歇的导出反应过程中的蒸汽，以便进一步冷凝得到糠醛水溶液。优选地，一种糠醛制备方法，其包括如下步骤：(1)以木聚糖为原料，以硫酸或者磷酸为催化剂，氯化钠为助催化剂，水为溶剂，反应前使用氮气吹扫反应釜，排除釜内空气。反应温度110～160℃，反应压强150-620kPa，反应时间1～5小时，所用的木聚糖聚合度较低，可以溶于水中，因此避免了常规方法遇到的木聚糖溶解性难题。木聚糖占总反应液质量的1～10％，水占80～90％，硫酸或者磷酸占1～8％，氯化钠占1～8％，反应温度110～～160℃，反应时间1-5h；(2)反应过程中产生的汽相冷凝得到糠醛水溶液，再经过蒸馏，便可以得到高浓度的糠醛成品；(3)反应过程中，间歇地将反应蒸汽导出冷凝，得到糠醛水溶液，避免了反应液中的糠醛进一步聚合反应，生成黑色的糠醛树脂；(4)上述过程在釜式反应器中进行(附图1)，该釜式反应器可以间歇的导出反应过程中的蒸汽，以便进一步冷凝得到糠醛水溶液。本专利技术直接使用聚合物较低的木聚糖来生产糠醛，使用硫酸或者磷酸或者磷酸作为催化剂，水作为溶剂，原料木聚糖来源广泛，主要可以从玉米芯、甘蔗渣中提取。由于本工艺使用了聚合度较低的木聚糖，聚合物小于5，这种木聚糖可以溶于水中，因此可以实现均相法制取糠醛，工艺更加简单，便于后续处理，降低了生产成本，不产生固体废渣，可实现糠醛的绿色生产。附图说明图1为本专利技术制备方法使用的釜式反应器。图2为实施例1制备得到的糠醛的吸收光谱。图3为实施例2的木聚糖的转换率图示。图4为空气反应氛围下，不同温度下糠醛反应液中残留黑色不溶固体残渣的含量。反应时间3小时。具体实施方式以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本专利技术而不限于限制本专利技术的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。实施例11.1将4kg木聚糖加入90kg水溶液中，搅拌溶解后，加入3.6kg浓度为96％以上的浓硫酸，2kg工业氯化钠，反应液至于釜式反应器中，反应前使用氮气吹扫反应釜，排除釜内空气。搅拌速度100转/分钟，密闭加热至130℃反应，反应压强280kPa。1.2反应1h后，导出部分反应釜中的蒸汽，冷凝后可以得到糠醛水溶液。经高效液相色谱分析，糠醛水溶液质量浓度为5％。1.3将糠醛水溶液进一步蒸馏，可以得到浓度较高的糠醛产品。1.4用于冷却步骤2中蒸汽的水，可以部分加入到反应器中作为溶剂进一步反应。1.5继续在130℃下反应，反应压强280kPa。1小时后，导出部分反应釜中的蒸汽。这种间歇地移除反应液中糠醛的方法，可以避免糠醛在酸性高压条件下进一步反应生成黑色糠醛树脂。1.6重复步骤2-5过程4次，最终的计算的木聚糖转换率为60.2％。所得糠醛的UV-Vis吸收光谱图见附图2。实施例22.1将4kg木聚糖加入90kg水溶液中，搅拌溶解后，加入3.6kg浓度为96％以上的浓磷酸，2kg工业氯化钠，反应液至于釜式反应器中，应前使用氮气吹扫反应釜，排除釜内空气。搅拌速度100转/分钟，密闭加热至130℃反应，反应压强280kPa。2.2反应1h后，导出部分反应釜中的蒸汽，冷凝后可以得到糠醛水溶液。经高效液相色谱分析，糠醛水溶液质量浓度为5％。2.3将糠醛水溶液进一步蒸馏，可以得到浓度较高的糠醛产品。2.4用于冷却步骤2中蒸汽的水，可以部分加入到反应器中作为溶剂进一步反应。2.5继续在130℃下反应，反应压强280kPa。1小时后，导出部分反应釜中的蒸汽。这种间歇地移除反应液中糠醛的方法，可以避免糠醛在酸性高压条件下进一步反应生成黑色糠醛树脂。2.6重复步骤2-5过程4次，最终的计算的木聚糖转换率为60.2％。本专利技术反应器中通氮气保护，避免了糠醛高温高压下被空气氧化。同时不需要使用有机相，成本更低，后续精馏过程更加简单安全。反应过程中间歇的排出蒸汽，蒸汽经冷凝后便可以得到糠醛水溶液。如图3所示，随着温度的上升，木聚糖的转换率也随之上升。然而，随着反应温度和压强升高，对应的副反应也会增多。如图4所示，当反应釜中未用氮气吹扫排出空气的时候，反应液中会残留黑色不溶固体，这种固体为副产物，温度越高，黑色固体副产物占木聚糖的比例也越高，严重影响木糖的反应选择性。因此，反应釜中鼓入氮气，可以避免糠醛在高温下被空气氧化聚合，生成黑色固体。上述实例只为说明本专利技术的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本专利技术的内容并据以实施，并不能以此限制本专利技术的保护范围。凡根据本专利技术精神实质所做的等效变换或修本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种木聚糖合成糠醛的方法，其包括如下步骤：(1)以木聚糖为原料，水为溶剂，以无机酸或有机酸为催化剂，氯化钠为助催化剂进行反应，反应前使用氮气吹扫反应釜，排除釜内空气，其中，总反应液中以质量百分比计，木聚糖占1～10％，水占80～90％，无机酸或有机酸占1～8％，氯化钠占1～8％；(2)将反应过程中产生的汽相冷凝，得到糠醛水溶液，再经过蒸馏，便得到高浓度的糠醛成品。

【技术特征摘要】
1.一种木聚糖合成糠醛的方法，其包括如下步骤：(1)以木聚糖为原料，水为溶剂，以无机酸或有机酸为催化剂，氯化钠为助催化剂进行反应，反应前使用氮气吹扫反应釜，排除釜内空气，其中，总反应液中以质量百分比计，木聚糖占1～10％，水占80～90％，无机酸或有机酸占1～8％，氯化钠占1～8％；(2)将反应过程中产生的汽相冷凝，得到糠醛水溶液，再经过蒸馏，便得到高浓度的糠醛成品。2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤(1)中，反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：王进兴，沈杨彬，吉祖明，华永荦，王文浩，
申请(专利权)人：苏州兴业材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32