[发明专利]由木质纤维素类生物质材料制备乙腈的方法

说明书

本发明涉及由木质纤维类生物质材料制备乙腈的方法，所述方法包括将木质纤维类生物质材料进料至反应器，在含反应性氮化合物和酸性催化剂存在下加热进行反应，并通过冷凝和分离，得到产物乙腈。通过本发明方法，可以由木质纤维类生物质材料高选择性地制备乙腈；同时，本发明的方法简便易行，使用的全部原料来源广泛且廉价易得，提供了由原料到产物全过程的可再生、绿色、环保合成线路，而且所得的产物乙腈在医药、农药、香料、织物染色、感光材料等方面中具有广泛应用。

技术领域

本发明涉及到有机物制备领域，特别涉及由木质纤维素类生物质材料制备乙腈的新方法。

背景技术

随着化石资源的日益减少和人们对环境问题的日益关注，生物质资源作为唯一可再生的大宗碳源，被认为是可大规模生产可再生燃料和化学品的重要替代来源。木质纤维素类生物质材料是生物质资源的最重要组成部分。它是由纤维素、半纤维素、木质素三大部分组成，主要含有碳、氢和氧三大元素。木质纤维素类生物质材料可分为原生生物质、废弃生物质和能源作物。原生生物质包括所有自然界的原生陆生植物，包括乔木、灌木和杂草。废弃生物质是各个工业部分的低价值副产物，比如农业生产过程中产生的玉米秸秆、玉米芯、甘蔗渣、稻壳等，林业的锯木厂和造纸厂也会产生大量的废弃木屑、纸张。能源作物是一类高产的木质纤维素类生物质可用于生产第二代生物燃料，例如柳枝稷、象草等。其他木质纤维素类生物质材料还包括自然界存在最多、具有广谱化学结构和生物功能的有机碳水化合物，例如单糖、寡糖、淀粉、半纤维素、纤维素、复合多糖，以及糖的衍生物。木质纤维素类生物质材料具有来源广、用途多、易收集等特点，已成为国内外生物质开发领域的研究热点。

目前，乙腈是丙烯氨氧化生产丙烯腈过程中的副产物，是丙烯腈产量的2％至3％。仅从丙烯腈生产中获得乙腈很难满日益增长的乙腈需求。乙腈具有优良的溶剂性能，能溶解多种无机、有机及气体化合物。乙腈除作为溶剂外，还用于生产多种典型的含氮化合物，是一种非常重要的中间体，在医药、农药、香料、织物染色、感光材料制造等领域有着许多用途。

快速热解可将生物质资源通过一步转化为可再生的燃料和化学品，被认为是一项有前景的生物质转化技术。本申请人的一个在前专利申请CN106117082A提出了一种高选择性制备乙腈的方法，但是该方法中使用的原料为本身含有氮的生物质材料，如氨基酸类、蛋白质类、藻类、饼粕类、活性污泥等，并且完全不涉及由木质纤维素类生物质材料合成乙腈。

因此，在本领域仍然需要开发绿色、实用、可大规模应用的并且利用来源丰富、可再生、环保的起始原料的新的乙腈生产方法。

发明内容

为此，本发明提供了一种由木质纤维类生物质材料制备乙腈的方法，所述方法包括将木质纤维类生物质材料进料至反应器，在含反应性氮化合物和酸性催化剂存在下加热进行反应，并通过冷凝和分离，得到产物乙腈，

其中，所述木质纤维类生物质材料选自纤维素、半纤维素、木质素、葡萄糖、果糖、半乳糖、蔗糖、乳糖、麦芽糖、海藻糖、山梨糖醇、甘露醇、棉子糖、水苏糖、低聚果糖、纤维二糖、木糖、木聚糖、麦芽糊精、果胶、淀粉、乔木粉末、灌木粉末、竹子粉末、玉米芯粉末、玉米秸秆粉末、甘蔗渣粉末、稻草粉末、木屑、废弃纸张碎末、柳枝稷粉末、象草粉末或者它们的任意组合；

所述含反应性氮化合物选自氨气、甲胺、乙胺、二甲胺、尿素、氯化铵、醋酸铵、硫酸铵、碳酸氢铵、磷酸氢二胺或它们的任意组合，任选地所述含反应性氮化合物含有惰性气体；

所述酸性催化剂选自固体酸、具有酸性的金属盐类、无机酸、有机酸或它们的组合。

在一个优选实施方案中，所述木质纤维类生物质材料与所述酸性催化剂的进料质量比为1:0.01至1:1000。