酮酸用于在木质纤维素生物质提取过程中稳定木质素的用途制造技术

一种利用可生物降解的酮酸或酮酯用于产生经酮酸或酮酯稳定的木质素的工艺，所述木质素不含残留糖和生物质碎片，并且富含羧酸酯或酮

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】酮酸用于在木质纤维素生物质提取过程中稳定木质素的用途
[0001]对相关申请的交叉引用
[0002]本申请是非临时申请，并且要求
2021
年3月5日提交的
63/157,594
号临时美国专利申请的权益，其全部内容通过引用合并于此
。


[0003]提供了一种在从木质纤维素生物质中提取木质素的过程中稳定木质素的方法
。
本公开的方法利用了可生物降解的酮酸和酮酯，它们无毒且人体耐受性好
。
还公开了一种稳定木质素，可以将其在提取后进一步改性或用作减碳的可再生来源
。

技术介绍

[0004]木质素是一类复杂的多相有机聚合物，主要与纤维素和半纤维素一起存在于植物和红藻的细胞壁中，由松柏醇类
、p
‑
香豆醇类和芥子醇类等苯丙素类在体内聚合而成
。
由于这些苯丙素类化合物的结构，木质素中最常见的单体间连接是
β
‑
O
‑4醚键，并且木质素富含紫丁香基
、
愈创木基和4‑
羟基苯基单体，这些都是芳香族化合物
。
芳香族化合物通常用于生产各种化学品和材料，包括塑料
、
药品
、
化妆品成分和涂料
。
[0005]大气中二氧化碳水平的上升要求采取替代策略来缓解和减缓气候变化
。
木质纤维素生物质是地球上可再生减碳的重要来源
。
超过
80
％的木质纤维素生物质由三种主要的生物聚合物组成
——
纤维素
、
半纤维素和木质素
。
这些生物聚合物可以被分离和解聚成它们的组成单体，包括来自纤维素的葡萄糖
、
主要来自半纤维素的木糖和来自木质素的芳香族分子
。
然而，尽管木质纤维素生物质原料由于其纤维素和半纤维素馏分而容易直接使用作为材料或者由于其组成单体而容易使用，但木质素作为高度可加工和可升级材料的分离和纯化开发不足
。
[0006]因此，工业生产的木质素主要用作燃料来源，并且所有提取的木质素中不到2％用作可再生化学品或材料的来源
。
这是因为木质素中官能团的存在使木质素在从生物质中提取时成为会降解的反应性聚合物
。
因此，由于所使用的从生物质中提取木质素的方法，提取出的木质素已经失去了其原始结构
。
[0007]大多数现有的工业规模的生物质高值化技术侧重于从木质纤维素生物质中分离木质素，从而可以获得纯化的纤维素和半纤维素馏分
。
在这些工艺中，木质素由于其对最终产品或后续工艺的负面影响而被视为污染物
。
[0008]现有最大的工业规模的生物质高值化工艺是制浆造纸工艺，其生产用于造纸的纯化纤维素纤维
。
在造纸工艺中，认为木质素会对最终产品的质量产生负面影响，因为随着老化，木质素会导致纸张变黄
。
[0009]类似地，新兴工业规模的生物炼制将木质素进行去除，因为木质素会抑制可以从纤维素酶促水解来获取的葡萄糖的产率
。
因此，这些工艺使用苛刻的条件来提取木质素，这导致木质素降解
。
[0010]在这些苛刻的反应条件下，木质素的
β
‑
O
‑4连接中不稳定的苄醇单元被分解成反
应性的苄位碳正离子或烯烃
。
这些物质在亲电芳香取代反应中与附近富含电子的愈创木基或紫丁香基木质素亚单元迅速反应
。
所得到的单元间
C
‑
C
键防止木质素通过氢解而有效解聚，并抑制其可加工性
。
[0011]因此，需要由木质素生成可再生的化学品并允许优化使用完整木质素的经济上可行的替代解决方案
。

技术实现思路

[0012]本申请通过提供用于在生物质提取过程中分离和稳定木质素的快速
、
成本有效且易于扩展的方法，提出了对上述挑战的解决方案
。
本公开的方法利用酮酸或酮酯来防止木质素在生物质分馏过程中缩合并稳定木质素，使得可以在提取后对木质素进行改性
。
所得到的稳定木质素可以通过利用酮酸或酮酯中含有的羧酸
、
羧酸酯或酮官能团而进一步改性，或者解聚成单体，该单体可用作化学和材料制造或任何其他合适应用的可再生原料的来源
。
[0013]简要附图说明
[0014]图1是示出在一些实施例中使用的示例式的图
。
[0015]图2是示出在一些实施例中使用的示例式的图
。
[0016]图3是示出在一些实施例中使用的示例式的图
。
[0017]图4是示出在一些实施例中使用的示例式的图
。
[0018]图5是示出在一些实施例中使用的示例式的图
。
[0019]图6是示出在一些实施例中使用的示例式的图
。
[0020]图7是示出在一些实施例中使用的示例化合物的图
。
[0021]图8是示出在一些实施例中使用的示例双官能团酮的图
。
[0022]图9是示出在一些实施例中使用的示例式的图
。
[0023]详细附图说明
[0024]在本说明书中，详细参照本专利技术的特定实施例
。
附图中示出了实施例中的一些或它们的方面
。
[0025]为了解释清楚，已经参考具体实施例对本专利技术进行了描述，然而应当理解，本专利技术不限于所描述的实施例
。
相反，本专利技术涵盖了可以包括在任何专利权利要求所限定的范围内的替换
、
修改和等同方案
。
在不损失对所要求保护的专利技术的一般性并且不对所要求保护的专利技术施加限制的情况下，对本专利技术的以下实施例进行阐述
。
在下面的描述中，对具体细节进行了阐述，以便提供对本专利技术的透彻理解
。
本专利技术可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践
。
此外，可能没有对公知的特征进行详细的描述，以避免不必要地使本专利技术晦涩难懂
。
[0026]在一些实施例中，本文提供了一种用于在生物质提取过程中分离和稳定木质素的方法
。
本公开的方法包含：
(i)
获得木质纤维素生物质；
(ii)
向木质纤维素生物质中加入酮酸或酮酯
、
溶剂和催化量的无机酸或磺酸以获得混合物；
(iii)
处理并过滤混合物以产生无纤维素滤出物；以及
(iv)
从滤出物中分离木质素，由此获得经酮酸或酮酯稳定的木质素
。
[0027]在一些实施例中，处理并过滤混合物以产生无纤维素滤出物的步骤包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种用于在生物质提取过程中分离和稳定木质素的方法，包括：
(i)
获得木质纤维素生物质；
(ii)
向所述木质纤维素生物质中加入酮酸或酮酯
、
溶剂以及催化量的无机酸或磺酸以获得混合物；
(iii)
处理并过滤所述混合物以产生无纤维素滤出物；和
(iv)
从所述滤出物中分离木质素，由此获得经酮酸或酮酯稳定的木质素
。2.
根据权利要求1所述的方法，其中，处理并过滤所述混合物以产生无纤维素滤出物包括：将所述混合物搅拌并加热至约
45℃
至约
165℃
的温度，持续5分钟至
48
小时的时间段；将所述混合物冷却至室温；和过滤所述混合物以产生无纤维素滤出物
。3.
根据权利要求2所述的方法，其中，从所述滤出物中分离木质素包括：在约
2mbar
至约
100mbar
的减压下将所述滤出物暴露于约
45℃
或更高的温度，持续5分钟至
24
小时的时间段，并连续搅拌以除去有机溶剂并浓缩滤出物；加入溶剂分离木质素；通过过滤收集所述木质素并将其风干；和在约
2mbar
至约
100mbar
的减压下将所述木质素置于约
45℃
或更高的温度，持续5分钟至
24
小时的时间段，以获得经酮酸或酮酯稳定的木质素
。4.
根据权利要求3所述的方法，其中：所述经酮酸或酮酯稳定的木质素是纯木质素，不含残留糖和生物质碎片
。5.
根据权利要求4所述的方法，其中：所述酮酸或酮酯是
α
‑
酮酸
、
α
‑
酮酯
、
β
‑
酮酸
、
β
‑
酮酯
、
γ
‑
酮酸和
γ
‑
酮酯，各自分别由以下提供的通式表示，其中
R
是有机残基，
L
是接头：
R
＝有机残基
(
第一个原子必须是碳
)L
＝接头
(
第一个和最后一个原子必须是碳；长度可以是0或1个原子，即，
α
或
β
酮酸
)6.
根据权利要求5所述的方法，其中：所述经酮酸或酮酯稳定的木质素包含稳定的紫丁香基亚单元
、
愈创木基亚单元和
/
或
p
‑
羟基苯基亚单元，各自分别由式
1、
式
2、
式
3、
式
4、
式
5、
式
6、
式
7、
式
8、
式
9、
式
10、
式
11
和式
12
表示，其中
R
是有机残基，
L
是接头：丁香基
愈创木基
p
‑
羟基苯基
R1＝
H(
酮酸
)
或有机残基
(
酮酯，第一个原子必须是碳
)R2＝有机残基
(
第一个原子必须是碳
)L
＝接头
(
第一个和最后一个原子必须是碳；长度可以是0或1个原子，即，
α
或
β
酮酸
)7.
根据权利要求6所述的方法，其中，所述酮酸和酮酯是以下之中的一种或多种：丙酮酸
、
乙酰丙酸
、
乙酰乙酸
、2
‑
氧代丁酸
、
草酰乙酸
、2
‑
氧代戊酸
、3
‑
氧代戊酸
、2
‑
氧代戊二酸
、3
‑
氧代戊二酸
、2
‑
氧代己酸
、4
‑
乙酰丁酸
、6
‑
氧代庚酸
、2
‑
氧代辛酸
、7
‑
氧代辛酸
、5
‑
氧代壬二酸
、2
‑
乙酰苯甲酸
、3
‑
乙酰苯甲酸
、4
‑
乙酰苯甲酸
、
丙酮酸甲酯
、
丙酮酸乙酯
、
乙酰丙酸甲酯
、
乙酰丙酸乙酯
、
丙酮酸丙酯
、
乙酰丙酸丙酯
、
丙酮酸丁酯和乙酰丙酸丁酯
。8.
根据权利要求7所述的方法，其中：所述溶剂是醚
、
酮酸与水的混合物或者酮酯与水的混合物
。9.
根据权利要求8所述的方法，其中：所述醚是以下之中的一种或多种：1，4‑
二噁烷
、
四氢呋喃
、2
‑
甲基四氢呋喃
、3
‑
甲基四氢呋喃
、
二甲氧基乙烷
、
环戊基甲醚
、
苯甲醚和双
(2
‑
甲氧基乙基
)
醚；所述酮酸与水的混合物的组成范围在0％
(v/v)
的水与
100
％
(v/v)
的水之间；
所述酮酸与水的混合物的组成范围在约
20
％
(v/v)
的水与
30
％
(v/v)
的水之间；所述酮酯与水的混合物的组成范围在0％
(v/v)
的水与
100
％
(v/v)
的水之间；和所述酮酯与水的混合物的组成范围在约0％
(v/v)
的水与
l0
％
(v/v)
的水之间
。10.
根据权利要求9所述的方法，其中，所述无机酸或磺酸是以下之中的一种或多种：盐酸
、
硫酸
、
甲磺酸
、p
‑
甲苯磺酸
、
硝酸
、
氢溴酸
、
氢碘酸
、
高氯酸
、
磷酸和氢氟酸
。11.
一种经酮酸或酮酯稳定的纯木质素，其不含残留糖和生物质碎片
。12.
根据权利要求
11

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：理革公司，
类型：发明
国别省市：