[发明专利]一种生物质催化热解制备异丁香酚的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物质能的利用领域，具体涉及一种利用钌系或铑系催化剂催化热解生物质制备异丁香酚的方法。

背景技术

异丁香酚，别名4-丙烯基-2-甲氧基苯酚，CAS号：97-54-1，具有如下结构：

异丁香酚是一种具有丁香气味的淡黄色液体，广泛用于配制依兰、肉豆蔻等精油以及具有悬钩子、桃子、辛香型、丁香型香味的食用香精，此外还可以作为原料合成香兰素、香草醛等。目前，异丁香酚的制备方法主要是采用丁香酸在浓碱液作用下发生侧链双键异构化，从而得到目标产物。该方法采用的原料丁香酸并不是一种大宗化学品，价格相对昂贵；而且反应过程中浓碱液的使用不仅对设备腐蚀严重，而且会产生大量难以处理的含碱废水。

生物质作为一种环境友好型可再生资源，具有价格低，来源广的特点。但由于其组成结构的复杂性，生物质常规快速热解获得的液体产物组成极为复杂，包括数百种有机物(酸、醛、酮、脱水糖、呋喃类、酚类、烃类以及脂肪酸等)。异丁香酚一般仅是其中一种极少量的产物(甚至在一些热解液体产物中检测不到异丁香酚)，以现有方法很难直接从生物质热解油中提取异丁香酚。因此，如何优化生物质催化热解过程从而直接获得富含异丁香酚的液体产物是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用钌系或铑系催化剂催化热解生物质制备异丁香酚的方法。

根据本发明提供的方法，以生物质为原料，将生物质和钌系或铑系催化剂按照质量比为(10∶1)～(1∶3)进行机械混合，然后在无氧条件下于250～400℃进行快速热解，对热解气进行冷凝后即可得到富含异丁香酚的液体产物。

优选的，所述生物质原料为松科、杉科、柏科或南洋杉科生物质。

优选的，所述生物质原料包括金钱松、华山松、银杉、落叶松、雪松、云杉、柳杉、水杉、落羽杉、池杉、圆柏、金钟柏、杜松、龙柏、南洋杉、巴西松、考里松中的至少一种。

优选的，所述钌系催化剂包含载体以及负载在载体上的钌金属，具体的制备方法如下：

首先称取一定质量的氯化钌溶于去离子水中，待完全溶解后，向溶液中加入一定量的催化剂载体，在搅拌的条件下缓慢滴入氨水，直至pH达到9-10，继续在室温下搅拌12h后过滤，于100℃下干燥，最后将干燥后的固体在氢气气氛下还原，即得负载钌的固体催化剂。

上文所述“一定质量”或者“一定量”可以根据所需制备的最终目标产物——钌系催化剂的量来确定，可以是一个相对宽泛的范围：例如，“一定质量的氯化钌”包括0.01-10g或者10-100g甚至100-10000g；“一定量的催化剂载体”包括0.01-10g或者10-100g甚至100-10000g。

更优选的，所述负载在载体上的钌金属的质量百分比为0.5％-10％。

优选的，所述铑系催化剂包含载体以及负载在载体上的铑金属，具体的制备方法如下：

首先称取一定质量的氯化铑溶于去离子水中，待完全溶解后，向溶液中加入一定量的催化剂载体，在搅拌的条件下缓慢滴入氨水，直至pH达到9-10，继续在室温下搅拌12h后过滤，于100℃下干燥，最后将干燥后的固体在氢气气氛下还原，即得负载铑的固体催化剂。

上文所述“一定质量”或者“一定量”可以根据所需制备的最终目标产物——铑系催化剂的量来确定，可以是一个相对宽泛的范围：例如，“一定质量的氯化铑”包括0.01-10g或者10-100g甚至100-10000g；“一定量的催化剂载体”包括0.01-10g或者10-100g甚至100-10000g。

更优选的，所述负载在载体上的铑金属的质量百分比为0.5％-10％。

优选的，所述催化剂载体为氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化钛、氧化锆、硅藻土、高岭土、硅灰石、浮石、海泡石、多孔分子筛、活性炭中的一种或者上述物质的任意组合。

优选的，所述干燥为干燥箱干燥，干燥时间为4-24h。

优选的，所述氢气气氛为纯氢气或者氢气和惰性气体的混合气。

优选的，所述还原温度为260-300℃，保温时间为2-4h。

优选的，所述无氧条件是指反应体系维持在惰性无氧保护气体环境下。

优选的，所述热解反应的升温速率不低于100℃/s。

优选的，所述热解反应的时间不超过60s。

本发明的有益效果为：