[发明专利]一种纤维素组分分离耦合木质素降解产生芳香醛的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物质化工技术领域，具体地说，涉及一种纤维素组分分离耦合木质素降解产生芳香醛的方法。

背景技术

木质纤维原料预处理的方法主要有物理法，化学法，物理化学法，生物法等。预处理方法的选择主要从提高效率、降低成本、缩短处理时间和简化工序等方面考虑。理想的预处理工艺应能满足：纤维素、半纤维素及木质素分离程度高，各组分可以制备相应的其他化学品，实现生物质的全利用。对于木质纤维素原料组分中的半纤维素及纤维素组分的利用工艺已经比较成熟，但对木质素组分的开发还没有取得理想效果。对木质纤维素原料全组分利用的关键技术即木质素开发关键技术进行攻关，最终实现物尽其用，对于完善木质纤维素原料综合利用工艺的完整性、经济性有重要意义。

纤维素、半纤维素可以作为制糖以及其它发酵化学品的原料，木质素作为一种工业废弃物一直未能得到高效利用，即造成了资源的浪费也给环境造成了巨大的压力，开发木质素类高附加值化学品既可以降低纤维素工业的成本，又可以减轻环境的压力。当前木质素的高效利用有两种思路，一种是将其作为天然高分子接枝利用，一种是将其降解为小分子物质。将木质素作为天然高分子接枝利用最大的技术瓶颈就是木质素是一种空间网状结构的天然高分子物质，位阻较大且分子量不均一，苯环上甲氧基含量较多，羟基含量低，木质素的反应活性低，除了将小分子的磺酸基接枝上去以外，很少有其它接枝产品工业化。目前木质素的降解的研究主要集中在将其通过氢解、热裂解、氧化降解等方法转化为有商业价值的有机小分子，同时，将木质素降解为产率较高的单一的有机化合物是最有工业前途的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纤维素组分分离耦合木质素降解产生芳香醛的方法。

本发明提供的方法，其包括如下步骤：

1)稀酸法对木质纤维素原料进行预处理，脱除80％以上的半纤维素，得到酸水解残渣；

2)以钙钛矿型复合氧化物为催化剂，以步骤1)的酸水解残渣为原料，在碱性条件下进行木质素湿法氧化反应，使木质素降解产生芳香醛类化合物，反应后固液分离，得到纯度≥80％的纤维素。

其中，稀酸法对木质纤维素原料进行预处理后，进行固液分离，得到酸水解残渣，经测定，残渣中半纤维素的含量低于20％，表明通过稀酸预处理，脱除了80％以上的半纤维素。

其中，步骤1)中的预处理的条件为：稀酸浓度0.1％～2.0％，液固比4～10∶1，温度100～150℃，时间90～180min。优选的，所述的稀酸优选为硫酸、盐酸、磷酸、甲酸中的一种或多种。

其中，步骤1)中的酸水解残渣组分如下：按干基计(质量百分比，下同)，40％～70％的纤维素，1％～15％的半纤维素，15％～30％的木质素，1％～5％的灰分。

其中，步骤2)中的所述的木质素湿法氧化反应的条件为：反应温度120～180℃，氧气压力0.1～2MPa，反应液中，碱液浓度为0.1～2.0mol/L，木质素的初始浓度10～200g/L，催化剂用量1～10g/L，反应时间为60～240min。所述的碱液优选自氢氧化钠、氢氧化钾或其组合。

其中，步骤2)的纯度≥80％的纤维素中，按干基计，半纤维素含量≤10％，木质素含量≤10％。

本发明中，优选的钙钛矿型复合氧化物为ABO₃型化合物，其中，A位元素为La或Sr，B位元素为Co、Mn或Fe，更优选的，为LaFeO₃。

本发明中，木质纤维素原料为任何本领域公知的木质纤维素原料，优选为玉米芯、玉米秸秆和蔗渣中的一种或多种。

本发明中，所述的芳香醛类化合物为香草醛和/或紫丁香醛。

本发明中，木质纤维素原料经稀酸法预处理后，得到的糖液可用于制备木糖、木糖醇、阿拉伯糖等糖醇产品；酸水解残渣再经碱性条件下木质素湿法氧化反应，得到高纯度纤维素及芳香醛类，其中高纯度纤维素可用于制糖及发酵，也可直接用作动物饲料，木质素降解产物——芳香醛类化合物是一种高附加值的化学品，广泛用于食品、医药、染料化工、有机合成及材料工业，实现了木质纤维素原料的全组分利用，具有经济和社会效益。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。