[发明专利]催化转化纤维素制异丙醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造异丙醇的方法，具体地，涉及一种由纤维素制造异丙醇的方法。

背景技术

异丙醇是重要的化工产品和原料，是一种性能优良的溶剂，能与乙醇、乙醚、氯仿和水等混溶。异丙醇也是多种有机化合物合成途径中的中间体，可广泛应用于制药、化妆品、塑料、香料、涂料等领域，其中，涂料和油墨是其主要应用领域，约占异丙醇总消费量的50%。此外，异丙醇经脱水即可获得另一种重要的工业品丙烯，工业上对丙烯的需求量极高。

目前现有生产异丙醇的主要方法是丙烯水合法，根据是否生成中间产品，又可分为丙烯间接水合法和丙烯直接水合法。然而，由于丙烯可用于生产聚丙烯、苯酚、丙酮、丁醇、辛醇、丙烯腈、环氧丙烷、丙烯酸以及异丙醇等产品，因此对于丙烯的需求量极高，必然导致丙烯的资源短缺。因此，仍有需要开发其它生产异丙醇的工艺，特别是不同于丙烯的原料。

纤维素是地球上产量最大的可再生资源，来源丰富，例如农业生产中剩余的秸秆，林业生产的废料等等。因此充分利用廉价的纤维素转化为高价值的化学品具有很重要的意义。与其它可再生资源相比较，由于纤维素不能被食用，从而最大限度地消除了生物质能源转化过程可能对人类的粮食安全造成不良的影响。

由于纤维素存在分子键及分子内氢键，具有非常稳定的结构，现有技术通常先以酸作为催化剂将纤维素水解为葡萄糖，然后再氢解为其它化学品。

在从纤维素的催化转化制多元醇的工艺中，大多采用分子筛负载的贵金属催化剂，此种催化剂的成本很高，且产物选择率不易控制。已有采用镍-钨（Ni-W）催化剂对纤维素进行催化，但主要产物是乙二醇，例如可参考中国专利CN 101723802、CN101735014A等。目前还没有从纤维素催化制备以异丙醇为主的产物的已有技术。

在纤维素催化转化的其它先前技术中，为了增加转化率和目标产物的收率，也会在反应体系中加入一些矿物酸，因此产生大量的废水。并且，因为添加了酸，对反应设备的要求也会增加。

另有先前技术显示，在催化转化的步骤之前，纤维素必需经过若干前期处理才能达到比较好的催化效果，例如机械球磨、切碎、打浆、氢氧化钠溶液或液氨等其它化学试剂处理、离子电子辐射、微波超声处理、蒸汽爆破等，以降低纤维素的结晶度，并提高纤维素的反应性。这些繁琐的前期处理提高了制造成本，不利于工业化的应用。

除了前述酸的添加与前期处理的难点以外，已有很多文献和专利都显示了在催化工艺中，无法提高纤维素与水的质量比，其反应浓度很低，同时对产品分离和提纯要求都很高。尤其是在高纤维素与水的质量比的条件下，容易产生结焦的现象，大幅地影响催化转化的进行，更不利于设备的运作及管理。

发明内容

本发明提供了一种从纤维素制异丙醇的方法，其特征在于：在铜铬催化剂的存在下，将较纯的纤维素原料进行一步催化反应以转化成异丙醇。较纯的纤维素原料是指纤维素含量超过85wt%的原料。纤维素主要来源有麻、麦秆、稻草、甘蔗渣等。其中主要的杂质有半纤维素，木质素及部分矿物盐，所以大量的杂质会影响催化活性及目标产物的产率，一般需要一个提纯的前处理过程，纯度达到85%以上即可，提纯过程可参考《染整技术,2011,33,12-16》。

藉由本发明所提供的铜铬催化剂，可将纤维素一步直接催化转化成异丙醇，且所述铜铬催化剂具有优异的异丙醇选择率。使用铜铬催化剂催化转化纤维素的反应路径如下所示，首先将纤维素水解成葡萄糖，接着将葡萄糖加氢形成山梨醇，进而氢解而形成包括异丙醇的产物。本发明的转化能够“一步”完成，即上述“水解－加氢－氢解”等反应能够在实际的工业系统中的单个反应环节中完成。

于一实施例中，所述铜铬催化剂包括一种CuCr₂O₄活性相，或是包括一种CuCr₂O₄活性相以及一种CuO及Cr₂O₃所成群组的活性相，例如，CuCr₂O₄的结构、CuCr₂O₄/CuO的结构、CuCr₂O₄/Cr₂O₃的结构等，其中所包含的铜与铬的摩尔比为0.25或以上，例如，Cu/Cr的摩尔比为0.3、0.5、1、1.5、2、2.5、4、5、6、8等。于一较佳实施例中，Cu/Cr的摩尔比为0.5或以上。