一种酸性离子缓冲液催化剂及其制备方法以及使用该催化剂制备糠醛的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种酸性离子缓冲液催化剂，该催化剂为无色透明溶液，其包括n摩尔的硫酸铵和n～1.1n摩尔的98％浓硫酸，且硫酸铵和硫酸占比整个溶液质量的百分数为20％～70％。本发明专利技术还公开该催化剂的制备方法以及将该催化剂应用到糠醛制备过程中，本发明专利技术还公开利用半纤维素或木糖原料液制备糠醛的方法，该方法使用该催化剂。本发明专利技术还公开利用半纤维素或木糖原料液制备糠醛的系统，该系统包括静态混合器、反应萃取塔和精馏塔系统，反应萃取塔的水相为通过静态混合器混合的半纤维素或木糖原料液与该催化剂，油相为能从水相中萃取糠醛组分的溶液，精馏塔系统再从已萃取糠醛组分的油相中将糠醛组分分离出来。本发明专利技术萃取效率高，而且成本低，经济效益好。经济效益好。经济效益好。

【技术实现步骤摘要】
一种酸性离子缓冲液催化剂及其制备方法以及使用该催化剂制备糠醛的系统和方法


[0001]本专利技术属于酸催化及糠醛制备
，特别涉及一种酸性离子缓冲液催化剂及其制备方法以及使用该催化剂制备糠醛的系统和方法。

技术介绍

[0002]生物质不仅是一种可再生的资源，而且是地球上分布最广泛，数量和种类最多的资源，所以引起很多研究者极大的关注。以生物质基本的平台化合物为原料生产高附加值化合物的研究越来越多，所以可应用的生产技术和生产路线，并最终生产出高附加值的产品对生物质转化产业的发展具有深远的影响。
[0003]糠醛作为生物质的基本平台物质，是一种五碳化合物，其可由农业、林业等储量丰富的生物质转化制得，具有很广泛的用途。糠醛作为呋喃环系重要的衍生化合物，可作为基本原料合成很多高附加值的化合物，有望减轻我国目前对于化石资源的依懒。
[0004]目前，通过半纤维素或木糖脱水制备糠醛所用的催化剂大多数为无机酸，过多无机酸的使用会腐蚀化工设备，不利于长期生产；另一方面固体酸催化剂也被用于半纤维素或木糖脱水制备糠醛的反应，然而由于固体酸催化过程中的反应体系为非均相，反应所需要的活化能较高，造成更多的资源浪费。目前我国在该方面的研究仍处于落后阶段，开发生物质水解制备糠醛的道路依然任重道远。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种酸性离子缓冲液催化剂及其制备方法以及使用该催化剂制备糠醛的系统和方法，开发并使用液态的酸性离子缓冲液催化剂制备糠醛产品，制备过程中的水相、油相以及催化剂都可以循环使用，减少了能耗和三废的排放量并提高了糠醛的收率。
[0006]本专利技术是这样实现的，提供一种酸性离子缓冲液催化剂，该催化剂为无色透明溶液，其包括n摩尔的硫酸铵和n～1.1n摩尔的98％浓硫酸，且硫酸铵和硫酸占比整个溶液质量的百分数为20％～70％。
[0007]本专利技术是这样实现的，还提供一种如前所述的酸性离子缓冲液催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：将n摩尔的硫酸铵固体溶于5n～50n摩尔的去离子水中，搅拌使其在水中均匀分散，得到硫酸铵溶液，然后向所述硫酸铵溶液中逐滴加入n～1.1n摩尔的98％浓硫酸并充分搅拌和冷却。
[0008]本专利技术是这样实现的，还提供一种糠醛液体，在所述糠醛液体的制备过程中使用了如前所述的酸性离子缓冲液催化剂。
[0009]本专利技术是这样实现的，还提供一种糠醛液体，在所述糠醛液体的制备过程中使用了如前所述的酸性离子缓冲液催化剂的制备方法制备的酸性离子缓冲液催化剂。
[0010]本专利技术是这样实现的，还提供一种利用半纤维素或木糖原料液制备糠醛的方法，
包括如下步骤：将半纤维素或木糖原料液与如前所述的酸性离子缓冲液催化剂混合作为水相发生糠醛反应生成糠醛组分，再加入能够萃取糠醛组分的油相萃取剂，油相萃取剂从水相中萃取糠醛组分，然后将含有糠醛组分的油相萃取剂与水相分离，最后将糠醛组分从油相萃取剂中分离得到糠醛产品。
[0011]本专利技术是这样实现的，还提供一种利用半纤维素或木糖原料液制备糠醛的方法，包括如下步骤：将半纤维素或木糖原料液与如前所述的酸性离子缓冲液催化剂的制备方法制备的酸性离子缓冲液催化剂作为水相混合发生糠醛反应生成糠醛组分，再加入能够萃取糠醛组分的油相萃取剂，油相萃取剂从水相中萃取糠醛组分，然后将含有糠醛组分的油相萃取剂与水相分离，最后再将糠醛组分从油相萃取剂中分离得到糠醛产品。
[0012]进一步地，所述利用半纤维素或木糖原料液制备糠醛的方法，包括如下步骤：
[0013]步骤一、将半纤维素或木糖原料液与酸性离子缓冲液催化剂经过静态混合器混合均匀后得到混合液，混合液作为水相被泵送到反应萃取塔的上部，水相沿反应萃取塔从上往下流，从反应萃取塔的底部加入油相萃取剂，油相萃取剂被蒸发成气态，油相萃取剂从下往上地上升与水相在反应萃取塔内发生逆流接触，油相萃取剂从水相中萃取已发生糠醛反应生成的糠醛组分。
[0014]步骤二、将从反应萃取塔的塔顶抽出的含糠醛组分油相萃取剂输送到第一精馏塔系统或第二精馏塔系统，当油相萃取剂的沸点低于糠醛组分时，被输送到第二精馏塔系统，当油相萃取剂的沸点高于糠醛组分时，被输送到第一精馏塔系统，从第二精馏塔系统的底部或第一精馏塔系统的顶部得到糠醛产品。
[0015]进一步地，所述方法还包括以下步骤：
[0016]步骤三、从第一精馏塔系统的底部或第二精馏塔系统的顶部得到油相萃取剂，收集的油相萃取剂通过油相回收管道与设置在反应萃取塔底部的油相输入口连通。
[0017]进一步地，所述方法还包括以下步骤：
[0018]步骤四、含酸性离子缓冲液催化剂的水相从反应萃取塔的底部的水相出口被输送到蒸发系统中，水相中的水分从蒸发系统的顶部以气态排出；得到含酸性离子缓冲液催化剂的浓缩液从设置在蒸发系统底部的浓缩液排出口依次经过第一过滤器过滤和第一吸附器脱色后，被泵送到静态混合器中，与静态混合器内已存有的半纤维素或木糖原料液及酸性离子缓冲液催化剂相互混合补充后，被重新回到反应萃取塔中。
[0019]本专利技术是这样实现的，还提供一种利用半纤维素或木糖原料液制备糠醛的系统，包括静态混合器、反应萃取塔和精馏塔系统，所述静态混合器用于将半纤维素或木糖原料液与催化剂相互混合得到混合料液，所述反应萃取塔用于外部进入的油相萃取剂萃取混合料液中已生成的糠醛组分以得到含糠醛组分的油相萃取剂，所述精馏塔系统用于将含糠醛组分的油相萃取剂中的糠醛组分与油相萃取剂分离，在所述静态混合器上分别设置半纤维素或木糖原料液进料口、催化剂进料口和混合液出料口，所述混合液出料口通过水相管道与反应萃取塔上部的进料口连通，在所述反应萃取塔的上部还设置便于反应萃取塔内的含糠醛组分的油相萃取剂离开的油相出口，在所述反应萃取塔的底部设置便于油相萃取剂进入反应萃取塔内的油相输入口，设置油相输入管道与油相输入口相连通；所述油相出口通过管道与精馏塔系统的进料端连通，在精馏塔系统上设置糠醛收集管道用以收集糠醛产品。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的酸性离子缓冲液催化剂使用硫酸铵溶液与98％浓硫酸滴加混合得到液态透明的酸性离子缓冲液催化剂，制备方法简单。该催化剂应用与糠醛产品的制备过程中，有效地提高糠醛的产率。本专利技术还公开利用半纤维素或木糖原料液制备糠醛的方法，该方法使用该催化剂。本专利技术还公开利用半纤维素或木糖原料液制备糠醛的系统，该系统包括静态混合器、反应萃取塔和精馏塔系统，反应萃取塔的水相为通过静态混合器混合的半纤维素或木糖原料液与该催化剂，油相为能从水相中萃取糠醛组分的溶液，精馏塔系统再从已萃取糠醛组分的油相中将糠醛组分分离出来。本专利技术萃取效率高，而且成本底，经济效益好。在使用本专利技术的系统或方法制备糠醛产品的工艺过程中，整个生产工艺所使用的水相、油相以及酸性离子缓冲液催化剂都可以多次循环使用，减少了能耗和三废的排放量并提高了糠醛的收率。
附图说明
[0021]图1为本专利技术利用半纤维素或木糖原料液制备糠醛的系统一较佳实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种酸性离子缓冲液催化剂，其特征在于，该催化剂为无色透明溶液，其包括n摩尔的硫酸铵和n～1.1n摩尔的98％浓硫酸，且硫酸铵和硫酸占比整个溶液质量的百分数为20％～70％。2.一种如权利要求1所述的酸性离子缓冲液催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：将n摩尔的硫酸铵固体溶于5n～50n摩尔的去离子水中，搅拌使其在水中均匀分散，得到硫酸铵溶液，然后向所述硫酸铵溶液中逐滴加入n～1.1n摩尔的98％浓硫酸并充分搅拌和冷却。3.一种糠醛液体，其特征在于，在所述糠醛液体的制备过程中使用了如权利要求1所述的酸性离子缓冲液催化剂。4.一种糠醛液体，其特征在于，在所述糠醛液体的制备过程中使用了如权利要求2所述的酸性离子缓冲液催化剂的制备方法制备的酸性离子缓冲液催化剂。5.一种利用半纤维素或木糖原料液制备糠醛的方法，其特征在于，包括如下步骤：将半纤维素或木糖原料液与如权利要求1所述的酸性离子缓冲液催化剂混合作为水相发生糠醛反应生成糠醛组分，再加入能够萃取糠醛组分的油相萃取剂，油相萃取剂从水相中萃取糠醛组分，然后将含有糠醛组分的油相萃取剂与水相分离，最后将糠醛组分从油相萃取剂中分离得到糠醛产品。6.一种利用半纤维素或木糖原料液制备糠醛的方法，其特征在于，包括如下步骤：将半纤维素或木糖原料液与如权利要求2所述的酸性离子缓冲液催化剂的制备方法制备的酸性离子缓冲液催化剂作为水相混合发生糠醛反应生成糠醛组分，再加入能够萃取糠醛组分的油相萃取剂，油相萃取剂从水相中萃取糠醛组分，然后将含有糠醛组分的油相萃取剂与水相分离，最后再将糠醛组分从油相萃取剂中分离得到糠醛产品。7.如权利要求5或6所述的利用半纤维素或木糖原料液制备糠醛的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一、将半纤维素或木糖原料液与酸性离子缓冲液催化剂经过静态混合器混合均匀后得到混合液，混合液作为水相被泵送到反应萃取塔的上部，水相沿反应萃取塔从上往下流，从反应萃取塔的底部加入油相萃取剂，油相萃取剂被蒸发成气态，油相萃取剂从下往上地上升与水相在反应萃取塔内发生逆流接触，油相萃取剂从水相中萃取已发生糠醛反应生成的糠醛组分；步骤二、将从反应萃取塔的塔顶抽出的含糠醛组分油相萃取剂输送到第一精馏塔系统或第二精馏塔系统，当油相萃取剂的沸点低于糠醛组分时，被输送到第二精馏塔系统，当油相萃取剂的沸点高于糠醛组分时，被输送到第一精馏塔系统，从第二精馏塔系统的底部或第一精馏塔系统的顶部得到糠醛产品。8.如权利要求7所述的利用半纤维素或木糖原料液制备糠醛的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：步骤三、从第一精馏塔系统的底部或第二精馏塔系统的顶部得到回收油相萃取剂，收集的回收油相萃取剂通过油相回收管道与设置在反应萃取塔底部的油相输入口连通。9.如权利要求8所述的利用半纤维素或木糖原料液制备糠醛的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：步骤四、含酸性离子缓冲液催化剂的水相从反应萃取塔的底部的水相出口被输送到蒸
发系统中，水相中的水分从蒸发系统的顶部以气态排出；得到含酸性离子缓冲液催化剂的浓缩液从设置在蒸发系统底部的浓缩液排出口依次经过第一过滤器过滤和第一吸附器脱色后，被泵送到静态混合器中，与静态混合器内已存有的半纤维素或木糖原料液及酸性离子缓冲液催化剂相互混合补充后，被重新回到反应萃取塔中。10.如权利要求7所述的利用半纤维素或木糖原料液制备糠醛的方法，其特征在于，在步骤一中，半纤维素原料液的质量浓度为0.15kg/L～0.4kg/L，木糖原料液的质量浓度为0.3kg/L～0.7kg/L。11.如权利要求10所述的利用半纤维素或木糖原料液制备糠醛的方法，其特征在于，在步骤一中，水相的加入量为油相萃取剂的1/4，酸性离子缓冲液催化剂的加入量为半纤维素或木糖原料液的10％～80％。12.如权利要求11所述的利用半纤维素或木糖原料液制备糠醛的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴有庭，李勉，徐广志，廖承军，胡兴邦，程新平，涂卓恒，陈德水，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：