[发明专利]一种利用微通道反应装置制备糠醛、羟甲基糠醛、乙酰丙酸的方法

说明书

本发明公开了一种利用微通道反应装置制备糠醛、羟甲基糠醛、乙酰丙酸的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)利用木质纤维素制备可溶性低聚糖溶液；(2)在微通道反应装置中，利用HCl催化可溶性低聚糖溶液中的低聚糖转化为糠醛、羟甲基糠醛或乙酰丙酸，催化时，可溶性低聚糖与HCl的摩尔比为1:1～3，催化反应的温度为140～210℃，催化反应流速为1～6ml/min，催化反应保留时间为2～10min；(3)反应结束后冷却反应液，萃取反应液中的糠醛、羟甲基糠醛、乙酰丙酸。利用该方法五碳糖的转化率为90～97％，糠醛产率最高达92％；六碳糖的转化率为83～92％，5‑HMF的产率最高85％，乙酰丙酸的产率最高为87％。

技术领域

本发明属于生物化工技术领域，具体涉及一种木质纤维素结合微通道反应装置高值化利用的新技术

背景技术

为应对日益严峻的能源危机,世界各国近年来高度重视生物质资源的开发利用。木质纤维素是地球上最丰富的可再生生物质资源,与淀粉、油脂等其它生物质资源相比,木质纤维素具有不与人争粮、不与粮争地的独特优势。从木质纤维素资源出发制备生物质能源和生物基化学品，逐步建立生物炼制经济模式，可以缓解对石油工业的依赖以及减少对环境的污染。在木质纤维素的转化过程中，基于糖平台的生物转化技术由于反应条件温和，环境友好等优点倍受青睐。但是，如何高效的裂解木质纤维素中复杂的成分依然是木质纤维素生物炼制发展的难题。

由于木质纤维的结构比较复杂，细胞壁中的半纤维素与木质素通过共价键联结成网络结构，纤维素镶嵌其中。而且，纤维素本身具有高度结晶的超分子结构使其具有高度水不溶性，这样木质纤维素中的各组分利用就相当困难。因此，对天然的木质纤维素进行预处理，改变木质纤维的结构，适度破坏纤维素、半纤维素、木质素之间的连接区域，降低纤维素的结晶度，增加原料的疏松性，就能提高木质纤维素的利用效率。

目前，木质纤维素的预处理方法大致分为四种：物理法、化学法、物理化学法和生物法。物理法主要通过机械粉碎研磨、微波辐射、蒸汽爆破(CN 1952162A)等手段来提高纤维素酶酶解效率，不足之处在于过高的能耗，对设备投入大。化学法利用化学试剂(酸、碱、有机溶剂)水解半纤维素或木质素(CN 101235605A)，在改变木质纤维素化学组成的同时也会导致其物理特性的变化，如结晶度、内表面积等。化学法由于过程操作简单、效果明显等优点已经应用的工业生产中，但是酸碱处理对设备的腐蚀性较强，能耗也相对较高，因此在实际应用中也遇到了很多问题。生物法则主要采用白腐真菌或木质素降解酶(CN 1884569)等降解木质纤维素原料中的木质素，从而提高纤维素酶的酶解效率。但是酶解周期较长，高效的生物酶还有待于开发应用。物理化学法(M.Ballesteros)将物理法与化学法相结合取得一些很好的效果，但并没有广泛的应用与工业生产。目前，绝大多数预处理方法很难同时实现木质纤维素的全组分分离和高效酶解。而传统的预处理思路也往往局限于获得可转化为乙醇的纤维素，对半纤维素、木质素的处理未给予充分重视。因此，为了降低生产成本，能在预处理过程应该在实现纤维素高效糖化的同时将其三大组分分离、纯化，进而各自转化为有用产品，就显得尤为重要。Roberto Rinaldi等发明的将木质纤维素转变为可溶性低聚糖并且得到木质素取得了很好的进展。

因为，微通道反应装置具有分子间扩散距离短、微通道的比表面积大、传热和传质速度快等优点，可以实现较快的反应速率。同时其反应过程中由于整个过程是流动的，所以就在很大程度上减少了化合物的团聚形成腐殖质，降低产物产率。因此微通道反应装置在生物质化工中，具有极其重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种利用微通道反应装置制备糠醛、羟甲基糠醛、乙酰丙酸的方法，提高木质纤维素制备糠醛、羟甲基糠醛、乙酰丙酸等化合物的效率。

技术方案：一种利用微通道反应装置制备糠醛、羟甲基糠醛、乙酰丙酸的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)利用木质纤维素制备可溶性低聚糖溶液；