[发明专利]转化木质素的方法和其用途

说明书

发明领域

本发明涉及一种将木质素转化为化学品的方法。

发明背景

木质纤维素是植物的主要结构组分且包括纤维素、半纤维素和木 质素。在木质纤维素生物质中，结晶纤维素纤丝嵌入组织欠佳的半纤 维素基质中，半纤维素基质又由外部木质素密封包围。木质纤维素生 物质是一种有吸引力的原料，因为它是一种丰富的、本地的、可更新 的来源，其可转化成液体运输燃料、化学品和聚合物。木质纤维素的 主要组分是：(1)半纤维素(20-30％)，五碳糖和六碳糖的无定形聚合物； (2)木质素(5-30％)，酚类化合物的高度交联聚合物；和(3)纤维素 (30-40％)，纤维二糖(葡萄糖二聚体)的高度结晶聚合物。

木质素是一种复杂的疏水性交联芳香族聚合物。在自然界中，木 质素主要被发现作为细胞壁的不可分割的部分，嵌入纤维素和半纤维 素的碳水化合物聚合物基质中。在任何时候，天然木质素的分离均是 复杂的。木质素是苯基丙烯单元的聚合物，各物种中木质素的确切组 成在很大程度上不同。已发现并非所有木质素的结构均是同质的；其 似乎由无定形区和结构化形式组成。更高级的细胞壁中的木质素不是 无定形的。Novikova等人(2002)Appl.Biochem.Microbial.38: 181-185。木质素的化学与三维结构受到多糖基质的强烈影响。 Houtman和Atalla(1995)PlantPhysiol.107:997-984。尽管事实上木质 素在性质上是疏水性的，但是分子动力学模拟已表明木质素前体和寡 聚物中的羟基和甲氧基可与纤维素微纤丝相互作用。天然木质素的化 学结构在高温和酸性条件下基本上变化。在高于200℃的温度下，木 质素已显示要凝聚成更小粒子并且与纤维素分离。Tanahashi等人 (1983)J.Biochem.125:728-736。

从木质纤维素生物质提取木质素通常使得木质素断裂成许多不 规则组分的混合物。所产生的木质素级分(称为木质素)难以解释和表 征。因此，通常将木质素燃烧以产生造纸厂和生物精炼厂内的热和/ 或电。木质素在其化学和功能性方面缺乏一致性，它们具有复杂的分 子结构，并且难以进行可靠的结构一致性和所回收的木质素的完整性 的常规分析。EP2435458A1。因此，木质素尚未被接受用于广泛用 途，相反地，用于产生和/或纯化木质素的成本是不经济的并且因此 木质素通常作为废弃物存放。

从木质纤维素生物质提取木质素的方法是本领域中已知的。木质 素可在将木质纤维素原料制成浆期间或之后回收。参见EP2435458 A1。木质素可通过硫酸盐制浆的方法来提取。参见EP1002154。木质 素可通过碱法制浆的方法分离。参见EP0091457。木质素可使用酸水 解的方法提取。参见EP0824616；EP1945823。木质素可通过亚硫酸 盐制浆的方法提取。参见EP0205778。木质素可通过溶解纤维素的方 法提取。参见EP1654307。木质素可通过使木质素(具有1,1-二苯基丙 烷单元)与金属氧化物在液体介质中接触并且将携带木质素的金属氧 化物分离来提取。参见EP1900745A1。木质素可如下提取：通过用 所选有机溶剂和酸催化剂(pH)将原料制浆持续所选时间段，将纤维素 固体级分与抽取物液体级分分离；并且从抽出物液体级分回收木质 素。参见US8378020B1。木质素可使用以下方法提取：使苯酚衍生 物结合至木质纤维素资源，并且其后，使木质纤维素资源与硫酸接触， 借此将木质素与纤维素分离，因为木质素具有结合的苯酚衍生物。参 见EP1022283A1。