一种促进木质纤维素定向转化为中间化学品的方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种促进木质纤维素定向转化为中间化学品的方法及应用。该方法包括如下步骤：(1)将木质纤维素原料加入到浓度为0.01～0.05mol/L的硫酸铁或硫酸铝溶液中，浸渍后干燥，得到预处理后的木质纤维素；(2)将木糖醇和氯化胆碱混合后加热搅拌溶解，得到木糖醇

A method and application of promoting lignocellulose directional conversion to intermediate chemicals

【技术实现步骤摘要】
一种促进木质纤维素定向转化为中间化学品的方法及应用


[0001]本专利技术属于生物质资源化领域，特别涉及一种促进木质纤维素定向转化为中间化学品的方法及应用。

技术介绍

[0002]木质纤维类素的热解被认为是可持续生产液体燃料和增值化学品的有前景的技术之一。但木质纤维类素衍生的热解油是一种由水和多种含氧化合物组成的复杂混合物，例如C1
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C4轻质含氧化合物、呋喃、无水糖和酚类化合物等。组分复杂是限制木质纤维类素热解油直接利用或进一步升级精炼的主要因素。因此，木质纤维类素热解当前面临的关键挑战是如何选择性地从木质纤维类素中生产中间化学品，从而实现废弃木质纤维类素的高效增值。
[0003]木质纤维类素通常包括三种主要成分(纤维素、半纤维素和木质素)以及少量提取物和灰分。研究表明，纤维素在热解过程中首先会通过糖苷键的断裂以解聚生成中间体(例如脱水寡糖)，然后将其进一步裂解为所需的左旋葡聚糖。但在纤维素热分解成左旋葡聚糖这一化学反应中，同时会伴随其他副反应的产生，例如脱羰/脱羧、开环和碳化反应，它们分别导致纤维素形成所不需要的不可凝气体、C1
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C4轻质含氧化合物和生物炭，这种多种反应相互竞争极大限制了左旋葡聚糖的产量。其中，碱金属和碱土金属(AAEMs)的存在以及木质纤维类素的顽固性结构会催化吡喃糖环的断裂和小分子化合物的形成，被认为是影响木质纤维类素热解产物分布的两个关键因素。因此，在抑制AAEMs的有害催化的同时改善木质纤维类素的顽固性将会是抑制竞争性副反应以最大化提高脱水糖产率的有效方法。
[0004]预处理是木质纤维类素转化为能量的关键步骤，可以使木质纤维类素更易于后续利用，同时也是破坏木质纤维类素顽固性结构和去除AAEMs的有效方法。低共熔剂作为一种无毒的绿色溶剂可以有效破坏木质素和木聚糖之间的连接，从而改善生物质的顽固性结构并去除木质素。但低共熔剂是由氢键供体和氢键受体混合形成的共晶溶剂，对AAEMs去除能力通常会受到氢键供体的限制。因此，有必要采用找到合适的方法进行脱灰分预处理从而实更好地将生物质定向转化为增值化学品(例如脱水糖)。

技术实现思路

[0005]本专利技术的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种促进木质纤维素定向转化为中间化学品的方法。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供所述促进木质纤维素定向转化为中间化学品的方法的应用。
[0007]本专利技术的目的通过下述技术方案实现：
[0008]一种促进木质纤维素定向转化为中间化学品的方法，包括如下步骤：
[0009](1)硫酸盐的浸渍预处理：将木质纤维素原料加入到浓度为0.01～0.05mol/L的硫酸盐溶液中，搅拌分散均匀，得到固液混合物；然后将固液混合物进行干燥处理，得到浸渍
预处理后的木质纤维素；其中，所述的硫酸盐为硫酸铁和硫酸铝中的至少一种；
[0010](2)木糖醇
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低共熔剂预处理：将木糖醇和氯化胆碱混合后在160
±
5℃油浴条件下加热搅拌溶解(形成均一溶液)，得到木糖醇
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低共熔溶剂体系；然后将步骤(1)中得到的浸渍预处理后的木质纤维素加入到木糖醇
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低共熔溶剂体系中，于100～160℃条件下搅拌反应，反应后加入丙酮溶液猝灭反应，固液分离，取固体，洗涤，干燥，得到预处理后的固体残渣；
[0011](3)热解：将步骤(2)中得到的预处理后的固体残渣在保护性气体氛围、450～600℃条件下进行热解，收集热解出的挥发分，得到热解生物油。
[0012]所述的中间化学品为无水糖，即本专利技术方法可以提高热解生物油中无水糖的含量，同时还可以最大限度地减少C1
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C4轻质含氧化合物和酚类化合物的形成，从而实现木质纤维素向中间化学品的定向转化。
[0013]所述的无水糖包括左旋葡聚糖，左旋葡聚糖酮和1,4:3,6
‑
二脱水
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α
‑
D
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吡喃葡萄糖中的至少一种；优选为左旋葡聚糖和左旋葡聚糖酮中的至少一种；更优选为左旋葡聚糖。
[0014]所述的热解生物油中左旋葡聚糖的含量为30％以上；优选为45％以上；更优选为50～55％。
[0015]步骤(1)中所述的木质纤维素为含有木质纤维素的农林废弃物；优选为甘蔗渣。
[0016]所述的甘蔗渣优选为通过如下方法获得：将甘蔗渣粉碎过筛，于80～110℃条件下干燥24～72h(优选为：105℃条件下干燥48h)。
[0017]所述的甘蔗渣的颗粒大小为60～200目；优选为100～200目；更优选为100目。
[0018]步骤(1)中所述的硫酸盐溶液的浓度优选为0.01mol/L。
[0019]步骤(1)中所述的木质纤维素与硫酸盐溶液的固液比为1:10～40，g/mL；固液比优选为1：20，g/mL。
[0020]步骤(1)中所述的搅拌的条件为：200～800r/min搅拌1～10h；优选为：600r/min搅拌6h。
[0021]步骤(1)中所述的干燥处理优选为在烘箱中进行干燥处理。
[0022]步骤(1)中所述的干燥处理的条件为：65～85℃干燥24～72h；优选为75℃干燥48h。
[0023]步骤(2)中所述的加热搅拌溶解的条件为：200～400r/min搅拌10～60min；优选为：300r/min搅拌30min。
[0024]步骤(2)中所述的加热搅拌溶解的温度优选为160℃。
[0025]步骤(2)中所述的氯化胆碱与木糖醇的摩尔比为1:1～4；优选为1:2～3；更优选为1:2。
[0026]步骤(2)中所述的浸渍预处理后的木质纤维素和木糖醇
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低共熔溶剂体系的质量比1：10～20；优选为1：20。
[0027]步骤(2)中所述的搅拌反应的条件为：200～400r/min搅拌2～10h；优选为：300r/min搅拌2h。
[0028]步骤(2)中所述的反应的温度优选为160℃。
[0029]步骤(2)中所述的固液分离优选为采用真空抽滤的方式进行固液分离。
[0030]步骤(2)中所述的丙酮溶液优选为体积百分数50％的丙酮溶液。
[0031]步骤(2)中所述的丙酮溶液的添加量为按反应体系的总质量与丙酮溶液的质量比为0.8～1：1添加计算。
[0032]步骤(2)中所述的洗涤为采用体积百分数50％的丙酮溶液进行洗涤，洗涤至滤液无色透明。
[0033]步骤(2)中所述的干燥的条件为：80～110℃烘箱中干燥12～24h；优选为：105℃下干燥24h。
[0034]步骤(3)中所述的保护性气体为氮气；优选为气体流速100～600ml/min的氮气；更优选为气体流速550ml/min的氮气。
[0035]步骤(3)中所述的热解的温度优选为500℃。
[0036]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种促进木质纤维素定向转化为中间化学品的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)硫酸盐的浸渍预处理：将木质纤维素原料加入到浓度为0.01～0.05mol/L的硫酸盐溶液中，搅拌分散均匀，得到固液混合物；然后将固液混合物进行干燥处理，得到浸渍预处理后的木质纤维素；其中，所述的硫酸盐为硫酸铁和硫酸铝中的至少一种；(2)木糖醇
‑
低共熔剂预处理：将木糖醇和氯化胆碱混合后在160
±
5℃油浴条件下加热搅拌溶解，得到木糖醇
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低共熔溶剂体系；然后将步骤(1)中得到的浸渍预处理后的木质纤维素加入到木糖醇
‑
低共熔溶剂体系中，于100～160℃条件下搅拌反应，反应后加入丙酮溶液猝灭反应，固液分离，取固体，洗涤，干燥，得到预处理后的固体残渣；(3)热解：将步骤(2)中得到的预处理后的固体残渣在保护性气体氛围、450～600℃条件下进行热解，收集热解出的挥发分，得到热解生物油。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的中间化学品为无水糖；所述的无水糖包括左旋葡聚糖，左旋葡聚糖酮和1,4:3,6
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二脱水
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α
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D
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吡喃葡萄糖中的至少一种。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的无水糖为左旋葡聚糖和左旋葡聚糖酮中的至少一种。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的无水糖为左旋葡聚糖。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的木质纤维素与硫酸盐溶液的固液比为1:10～40，g/mL；步骤(2)中所述的氯化胆碱与木糖醇的摩尔比为1:1～4；步骤(2)中所述的浸渍预...

【专利技术属性】
技术研发人员：许细薇，张帆，孙焱，杨楠，王红，李凌昊，余海鹏，贾志文，吴宇健，涂任，范旭东，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：