一种微波辅助离子液体催化生物质转化为高附加值化学品的方法技术

本发明专利技术公开了一种微波辅助离子液体催化生物质转化为高附加值化学品的方法。在常压下，将生物质（单糖、二糖、可溶性淀粉、微晶纤维素以及玉米秸秆等）、离子液体催化剂及有机溶剂（二甲基亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、正丁醇、仲丁醇、氯化锂-N，N-二甲基乙酰胺等）加入到微波反应器中，通氮气保护，定速磁力搅拌，冷却回流，在定温（100-160℃）下以400～800w进行微波反应1～120min。该方法通过微波辅助加热，常压下将离子液体用于催化生物质转化，将生物质转化为糠醛、5-羟甲基糠醛、甲酸、乙酰丙酸等高附加值化学品。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了。在常压下，将生物质（单糖、二糖、可溶性淀粉、微晶纤维素以及玉米秸秆等）、离子液体催化剂及有机溶剂（二甲基亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、正丁醇、仲丁醇、氯化锂-N，N-二甲基乙酰胺等）加入到微波反应器中，通氮气保护，定速磁力搅拌，冷却回流，在定温（100-160℃）下以400～800w进行微波反应1～120min。该方法通过微波辅助加热，常压下将离子液体用于催化生物质转化，将生物质转化为糠醛、5-羟甲基糠醛、甲酸、乙酰丙酸等高附加值化学品。【专利说明】
本专利技术属于离子液体应用于生物质定向转化
，通过该方法可显著降低离子液体用量，提高生物质转化为高附加值化学品的收率，从而有利于提高离子液体用于生物质转化为高附加值化学品的经济性。
技术介绍
在人类社会的发展史上，工业革命标志着社会的进步，但是在物质财富不断积累的同时，高速消耗着地球上的资源，各类危害人类健康和破坏生态环境的污染物无止境地排放到环境中，严重超出了大自然的承受能力，从而导致了全球变暖、酸雨蔓延、臭氧层破坏、物种减少等一系列环境问题。从可持续发展的观点来看，社会的经济发展必须要和生态环境协调一致。生物质是一种可持续性资源，数量巨大，价格低廉，可被生物降解，并且可不断再生。发掘可再生生物质资源制备新型平台化合物，是解决目前资源和能源危机的重要方法。生物质作为储量丰富、再生周期短的一种可再生能源，被视为传统化石燃料的替代资源之一。生物质的化学转化近年来也一直被高度重视。将现有的源于煤、石油等的化学品生产转向以生物质为原料已经成为必然趋势。“平台化合物”是指那些简单易得、相对低廉、用途广泛的基本有机化合物，如传统石化平台化合物包括乙烯与苯等，以此为出发点合成一系列用途广泛、附加价值高的产品。目前，化工生产所需要的典型平台化合物主要来源于传统的化石燃料，如苯、萘、乙炔、甲烷等。随着经济的发展及化石燃料的不断枯竭，国际市场的原油价格快速攀升，直接导致生产成本的大幅提高，对复苏中的世界经济带来巨大压力。寻找新的来源于可再生能源的平台化合物、研究和开发其用途以降低生产成本与缓解环境压力就成了摆在人们面前的重要课题。近年来广受关注的生物炼制过程与传统的石化炼制类似，以生物质(主要是碳水化合物)为原料，通过热化学、化学或生物的方法，将其降解为一系列中间化合物，如氢气、一氧化碳和甲烷等组成的生物基合成气、以葡萄糖和果糖为代表的小分子糖类化合物，再经对其进行生物或化学加工，最终转化为诸多的绿色平台化合物，诸如丙三醇、糠醛、乙醇、乙酰丙酸、山梨醇和乳酸等。以这些平台化合物为原料可以制备C1至C6以及芳香族等多种高附加值的化学品或材料，从而提高碳水化合物的利用效率。生物质转化制备平台化合物的一种有效方法是通过化学转化的方式将生物质直接转化生成平台化合物。典型的平台化合物包括糠醛与乙酰丙酸等。这些产品具有很好的反应特性，可以衍生数量众多的下游产品，也将有助于解决石化资源短缺及其应用带来的环境问题。离子液体作为一种新兴的催化剂和溶剂，由于其具有液程宽、熔点低、电化学窗口宽、热稳定性高、以及良好的导电导热等特性，尤其是它的可设计性，可以通过调配阴阳离子来改变物理化学特性，使其可以很好的符合分离或催化的不同要求，已广泛应用于新材料制备、聚合反应、有机合成、电化学、分离过程等方面。将其用于生物质水解制备高附加值化学品成为时下新的研究热点。虽然离子液体用于生物质水解制备5-HMF (5-羟甲基糠醛)取得了一系列可喜的成果，但是目前的研究主要集中于以离子液体作为溶剂催化制备高附加值化学品。由于离子液体价格昂贵，使得其作为溶剂制备5-HMF的成本居高不下，工业化利用难于实现。如何将生物质在较为温和的条件下定向催化转化成目标产物，减少副产物的生成，是摆在生物质利用上的一个难题。基于以上原因，开发生物质定向转化制备高附加值化学品的新工艺路线势在必行。
技术实现思路
【专利技术目的】本专利技术目的在于开发工业生物质催化转化为高附加值化学品的新型绿色转化过程。【本专利技术的构思】微波作为一种新兴、高效的辅助手段应用于生物质转化过程相较于靠物质热传导性能将物体加热的油浴或沙浴等传统的加热方式，加热速率更快、受热均匀。离子液体作为近年来新开发的环境友好催化剂，与传统的无机、有机酸碱催化剂相比催化过程更绿色。基于离子液体热稳定性更强的特点，本专利技术设计了微波辅助离子液体催化生物质转化为高附加值化学品的反应体系。本专利技术通过将微波辅助与离子液体催化体系进行耦合，以提高生物质转化为高附加值化学品的效率，以利于生物质的高值转化利用。【本专利技术技术方案】1、本专利技术涉及，包含以下步骤:步骤一、合成离子液体催化剂(以胍类离子液体为例):四甲基胍与酸溶液(醋酸、乳酸、四氟硼酸等)在乙醇中发生复分解反应，减压蒸馏提纯，干燥备用； 步骤二、按照一定比例将生物质与催化剂添加到有机溶剂中，置于微波反应器中，氮气保护下搅拌回流反应，一定微波输出功率下定温反应，得到高附加值化学品。步骤三、反应结束后冷却、静置、离心、过滤，分析产物收率。步骤一中四甲基胍与酸溶液的摩尔量为1:1。步骤二中，所用离子液体催化剂选自四甲基胍四氟硼酸盐、四甲基胍乳酸盐、四甲基胍醋酸盐、1-氨乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、乙醇胺四氟硼酸盐、1-羟乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，按照催化剂与生物质的质量比为0.05-0.5，生物质与反应溶剂固液比为0.02-0.1 (质量比)，将定量工业生物质与催化剂添加到反应溶剂中，置于微波反应器中，氮气保护下搅拌回流反应，升温至80-160°C，微波输出功率为400~800w，反应时间5~120mino步骤二中所用溶剂为:10% (wt%)的溴化锂-N，N- 二甲基甲酰胺(Lifc-DMF)、10%(wt%)的氯化锂-N，N- 二甲基乙酰胺((LiCl-DMAc)溶液。步骤三中采用Agilent Technologiesl200Series HPLC液相色谱外标法测定生物质水解液中高附加值化学品的含量，UV检测器，色谱柱为C18柱(3.9.mmX 150mm)，流动相为甲醇/水=40:60(v/v)，流速为0.6mL/min，检测器温度为35°C ；RID检测器，色谱柱为H1-PLex H柱，流动相为5mM H2SO4,流速为0.6mL/min，检测器温度为65°C。本专利技术具有以下特点和优势:1.本专利技术将微波辅助与生物质转化过程进行耦合，提高了生物质转化为高附加值化学品的收率，反应条件温和。2.本专利技术采用离子液体为催化剂催化生物质转化为高附加值化学品，实现了生物质转化过程绿色。【具体实施方式】下面通过实施例对本专利技术做进一步说明。实施例1将果糖0.5g，四甲基胍乳酸盐(L)催化剂0.025g, DMSO溶液IOOml置于微波反应器中，氮气保护下搅拌回流反应，升温至100°c，微波输出功率为400W，反应时间30min，定时取样分析，5-羟甲基糠醛收率为31.43%，甲酸收率为12.53%。实施例2将葡萄糖0.4g，四甲基胍四氟硼酸盐(BF4)催化剂0.08g，仲丁醇IOOml置于微波反应器中，氮气保护下搅拌回流反应，升温至140°C，微波输出功率为400w，反应时间30min，定时取样本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微波辅助离子液体催化生物质转化为高附加值化学品的方法，其特征在于该方法所采用的催化剂为离子液体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐建，曲永水，李宏强，高婧，罗皓，彭华栋，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
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