一种耦合反应与萃取便捷生产5-羟甲基糠醛的方法技术

本发明专利技术涉及有机合成领域，公开了一种耦合反应与萃取便捷生产5

【技术实现步骤摘要】
一种耦合反应与萃取便捷生产5
‑
羟甲基糠醛的方法


[0001]本专利技术涉及有机合成领域，尤其涉及一种耦合反应与萃取便捷生产5
‑
羟甲基糠醛的方法。

技术介绍

[0002]中空纤维膜萃取，是一种膜传质与液液萃取过程结合的新型技术。中空纤维膜萃取的萃取过程具有许多优势，两相流体的接触和传质过程全都在膜组件的多孔壁面进行，免去了后续的油水分离，可有效提高萃取效率。此外，中空纤维膜萃取装置包含数万根膜纤维，膜组件内的纤维膜具有超高的比表面积和极短的管程径向扩散距离，传质速率较传统萃取非常高。公开号为CN105561630B的专利公开了一种改进的中空纤维膜萃取器，其结构简单制作成本低，通过最大化壳程流体利用提高了萃取效率。公开号为CN103304005A的专利公开了一种采用中空纤维膜含酚废水中苯酚的方法，其通过中空纤维膜萃取净化废水的苯酚。公开号为CN102139970B的专利公开了一种精对苯二甲酸生产废水的回收利用方法，其通过中空纤维膜萃取回收废水的对二甲苯。
[0003]中空纤维膜技术被广泛应用于水处理领域，但在其他领域涉及较少。本专利技术发现，该技术可应用于有机合成领域，如，在实际工业生产过程中，一种化学品的生产用的较多的是分步法，例如由化学反应操作生成化学品，然后由萃取等分离操作对反应液中的产物进行分离提纯。因此，亟需一种耦合反应与萃取便捷生产化学品的方法，简化化学品生产的流程、提升生产效率。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种耦合反应与萃取便捷生产5
‑
羟甲基糠醛的方法。本专利技术以中空纤维膜作为反应器，将反应和萃取两步工艺耦合为一步，同时对中空纤维膜的参数以及反应工艺参数进行了有针对性地优化后，不仅能够显著提高生产效率，同时也能够提高产物收率、纯度。
[0005]本专利技术的具体技术方案为：一种耦合反应与萃取便捷生产5
‑
羟甲基糠醛的方法，包括以下步骤：将含有糖类物质和均相催化剂的糖水溶液经过预热后通入列管式反应器的管程中进行反应，同时将萃取剂通入列管式反应器的壳程中；所述糖水溶液与萃取剂为并流或逆流；所述管程由若干并联的中空纤维膜构成；在糖水溶液与萃取剂的传质换热作用下，反应生成的5
‑
羟甲基糠醛透过所述中空纤维膜溶于萃取剂中；由管程流出的糖水溶液经除杂处理后与新鲜的糖水溶液合并后重新进入管程；由壳程流出的萃取剂经蒸发、结晶处理后，分别得到5
‑
羟甲基糠醛和再生萃取剂；所述再生萃取剂与新鲜的萃取剂合并后重新进入壳程。
[0006]本专利技术以中空纤维膜作为反应和萃取的场所，膜外部充满萃取剂，利用其特性可将反应中生成的HMF及时分离，避免进一步副反应。与现有技术中将反应和萃取两个步骤串联的工艺相比，本专利技术将反应和萃取耦合后合并为一步，同时对中空纤维膜的参数以及反
应工艺参数进行了上述有针对性地优化后，具有以下特点：(1)相比较于反应和萃取的串级操作，耦合反应和萃取两个单元操作可以提升流程的整体效率以及简化工艺流程。(2)相较于传统的萃取过程，中空纤维膜萃取通过及时萃取分离出产物以减少副反应发生，提高产物选择性，提升萃取效率和产物纯度。(3)将反应器与萃取装置通过耦合，可以对反应和萃取过程的工艺条件进行同步优化。
[0007]所述中空纤维膜由亲油性表层和设于所述亲油性表层内壁的亲水性内层组成。所述亲油性表层的材质为醋酸纤维素膜、芳香聚氨酯膜、芳香聚酰胺膜、芳香聚酰肼膜或聚苯并咪唑膜；亲油性表层具有孔隙率大于50％的微孔结构，孔径为0.8
‑
1.5nm，表面接触角＞120
°
。所述亲水性内层为对亲油性表层的内壁进行表面接枝改性形成的亲水改性层；所述亲水改性层为聚乙二醇接枝改性层、纳米二氧化硅改性层或胺化改性层；亲水性内层的表面接触角＞180
°
。
[0008]上述中空纤维膜呈现为外壁亲油、内壁亲水的特性，且亲油性表层具有相当细密、特定孔径的微孔结构，可允许亲油性小分子(5
‑
羟甲基糠醛)在油相萃取剂的作用下顺利透过膜壁。将内壁设计为亲水有利于反应溶液(水溶剂)浸润，从而附着HMF分子，增加水相在管内壁的停留时间，利于HMF透过纤维膜被有机相萃取。
[0009]选择适当的孔隙率可以在反应过程中增加HMF分子被外壁有机相萃取的几率，由于主要的副产物胡敏素分子通常定义为具有一定分子量的高分子物质，设置孔径0.8
‑
1.5nm可有效避免这类产物通过膜管。
[0010]所述糖水溶液中糖类物质的优选浓度范围为1
‑
10％。所述糖水溶液的pH为1
‑
1.6。所述糖水溶液在管程的停留时间为40
‑
100s。管程的入口温度为350
‑
400K，壳程的入口温度为400
‑
450K。管程和壳程的体积流率比a/o为0.15
‑
0.25。
[0011]糖水溶液中的糖需要调控，糖浓度过高则糖水溶液容易变粘稠，进料泵不能精确控制底物进料流率。同时，过高浓度的底物进入反应系统后也极易在高温及酸的催化作用下与HMF等发生缩聚反应，产生大量胡敏素及寡聚物类杂质，严重影响产物HMF的选择性及收率。
[0012]此外，本专利技术人发现，由于糖类脱水反应具有很显著的浓度效应，因此物料在膜内的停留时间对于结果至关重要，在需要严格限定停留时间。
[0013]作为优选，所述糖水溶液与萃取剂为逆流。
[0014]作为优选，所述亲油性表层的材质为芳香聚酰胺膜。
[0015]作为优选，所述中空纤维膜的内径为250
‑
350μm，壁厚80
‑
120μm，有效长度为0.4
‑
0.8m，列管式反应器中膜束填充率为50
‑
60％。
[0016]本专利技术人发现，恰当的膜内径及膜束填充率则是从化学反应的角度考虑，选择上述参数不仅可保证底物在管内正常通过，同时能利用微反应的强化效应强化反应。
[0017]作为优选，所述糖水溶液中糖类物质的浓度为5％；所述糖水溶液的pH为1；所述糖水溶液在管程的停留时间为85s。
[0018]作为优选，管程的入口温度为373K，壳程的入口温度为423K；管程和壳程的体积流率比a/o为0.2。
[0019]作为优选，所述糖类物质包括单糖、二糖和多糖中的一种或多种。
[0020]进一步优选，所述单糖包括核糖、木糖、葡萄糖、果糖和半乳糖中的一种或多种；所
述二糖包括蔗糖、乳糖和麦芽糖中的一种或多种；所述多糖包括淀粉。
[0021]作为优选，所述均相催化剂包括盐酸、硫酸、磷酸和草酸中的一种或多种。
[0022]作为优选，所述萃取剂为甲基异丁基酮。
[0023]与现有技术对比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术以中空纤维膜作为反应器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耦合反应与萃取便捷生产5
‑
羟甲基糠醛的方法，其特征在于包括以下步骤：将含有糖类物质和均相催化剂的糖水溶液经过预热后通入列管式反应器的管程中进行反应，同时将萃取剂通入列管式反应器的壳程中；所述糖水溶液与萃取剂为并流或逆流；所述管程由若干并联的中空纤维膜构成；在糖水溶液与萃取剂的传质换热作用下，反应生成的5
‑
羟甲基糠醛透过所述中空纤维膜溶于萃取剂中；由管程流出的糖水溶液经除杂处理后与新鲜的糖水溶液合并后重新进入管程；由壳程流出的萃取剂经蒸发、结晶处理后，分别得到5
‑
羟甲基糠醛和再生萃取剂；所述再生萃取剂与新鲜的萃取剂合并后重新进入壳程；所述中空纤维膜由亲油性表层和设于所述亲油性表层内壁的亲水性内层组成；所述亲油性表层的材质为醋酸纤维素膜、芳香聚氨酯膜、芳香聚酰胺膜、芳香聚酰肼膜或聚苯并咪唑膜；亲油性表层具有孔隙率大于50%的微孔结构，孔径为0.8
‑
1.5nm，表面接触角>120
o
；所述亲水性内层为对亲油性表层的内壁进行表面接枝改性形成的亲水改性层；所述亲水改性层为聚乙二醇接枝改性层、纳米二氧化硅改性层或胺化改性层；亲水性内层的表面接触角>180
o
；所述糖水溶液中糖类物质的优选浓度范围为1
‑
10%；所述糖水溶液的pH为1
‑
1.6；所述糖水溶液在管程的停留时间为40
‑
10...

【专利技术属性】
技术研发人员：成有为，朱浩翔，郑丽萍，郭旭升，施信，吕喜蕾，王栋，许文菁，李希，王韩，王松林，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：