[发明专利]一种利用木质纤维素类生物质水解转化为乙酰丙酸的方法

说明书

本发明属于木质纤维素类生物质利用技术领域，特别涉及一种利用磁性氧化铁杂多酸催化剂定向催化木质纤维素类生物质高效水解转化为乙酰丙酸的方法。所述方法利用磁性杂多酸催化剂具有杂多酸本身的催化特点和较高的酸性和稳定性，定向催化木质纤维素类生物质转化率较高，条件温和、操作简便、成本低、速率快、环保绿色，催化剂分离回收容易，是磁性杂多酸催化剂利用的一个重要途径，促进了木质纤维素类生物质的资源化利用。

技术领域

本发明属于木质纤维素类生物质利用技术领域，特别涉及一种利用磁性氧化铁杂多酸催化剂定向催化木质纤维素类生物质高效水解转化为乙酰丙酸的方法。

背景技术

随着石化资源的不断枯竭和生态环境的不断恶化，可再生资源和能源的开发利用越来越受到许多研究者的重视。我国是农业大国，也是林业大国，生物质资源的能源化开发利用是解决能源枯竭和环境问题的有效途径。木质纤维素类生物质作为一类最丰富的可再生资源，有巨大的开发应用前景。利用催化剂使木质纤维素类生物质催化转化成多功能的平台化合物，如呋喃类化合物（如：5-羟甲基糠醛、糠醛等）、多元醇（如：己糖醇等）和有机酸及酯类衍生物（如：乙酰丙酸、乙酰丙酸酯等）等；木质纤维素类生物质利用的关键技术之一是寻找高效的催化剂。据文献记载，催化木质纤维素类生物质制备多功能平台化合物所用有前景的催化剂为：液体酸催化剂、固体酸催化剂、离子液体催化剂和多功能材料催化剂。但由于木质纤维素复杂的分子结构等特点及这四种催化体系各自的缺点和局限性，使木质纤维素类生物质实现高效、高选择性转化为多功能平台化合物仍面临着巨大的挑战。因此，探究高活性的催化剂将木质纤维素类生物质转化为多功能平台化合物，进一步转化为生物质化学品，是解决能源问题的重要途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用木质纤维素类生物质水解转化为乙酰丙酸的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种利用木质纤维素类生物质水解转化为乙酰丙酸的方法，所述方法采用磁性氧化铁杂多酸为催化剂，所述催化剂是以磁性氧化铁颗粒为核，通过共沉淀法将活性基团负载在被保护的磁性氧化铁颗粒的表面和内部孔道中制得。

所述的木质纤维素类生物质为玉米秸秆、花生壳、杨木屑、甘蔗渣等农林业废弃物中的一种或多种。

先将木质纤维素类生物质、磁性氧化铁杂多酸催化剂以及水进行充分混合，然后置于反应釜中进行水解反应，分离反应液即得所述乙酰丙酸。

木质纤维素类生物质与磁性氧化铁杂多酸催化剂的质量比为1：2.5-6.5；加入的水的量为二者质量和的15-35倍。

优选的，木质纤维素类生物质与磁性氧化铁杂多酸催化剂的质量比为1：4.5；加入的水的量为二者质量和的25倍。

通过程序升温升至水解反应温度，升温速率为5-20℃/min，优选10℃/min。

水解反应进行的温度为220-260℃，反应时间为40-80min。

优选的，水解反应进行的温度为240℃，反应时间为60min。

所述充分混合可采用机械搅拌进行混合。

等待水解反应结束后，室温冷却，所得反应液进行离心分离后，滤渣回收；滤液用来检测乙酰丙酸得率。

其中离心机的转速为6000r/min，滤渣包括未反应的木质纤维素类生物质原料和磁性氧化铁杂多酸催化剂，磁性氧化铁杂多酸催化剂利用吸铁石磁力即可分离回收。

本发明中所述的磁性氧化铁杂多酸催化剂通过下法获得：对磁性氧化铁颗粒进行保护处理，然后与醇和杂多酸进行反应，之后热处理即得所述磁性氧化铁杂多酸催化剂，所述杂多酸为磷钨酸、磷钼酸、硅钨酸或硅钼酸中的一种或多种。