[发明专利]一种木质素的分离提纯及降解方法

说明书

本发明涉及一种木质素的分离提纯及降解方法，包括以下步骤：(1)第一次粉碎；(2)第一次酶解；(3)第二次粉碎；(4)第二次酶解；(5)酶解残渣木质素的降解。本发明提供了一种新型的制备高纯度及结构完整的木质素的提取方法，并且采用串联式催化剂(如固体酸杂多酸盐‑雷尼镍)对提取得到的木质素进行高效催化降解以得到芳香平台化合物；本发明能为生物质炼制木质素的利用提供新途径，同时能够减小因木质素直接排放而造成的污染。

技术领域

本发明涉及生物质的提取及利用技术领域，具体涉及一种木质素的分离提纯及降解方法。

背景技术

当今社会，人类对能源的需求量不断增加，然而传统石油、煤等不可再生化石燃料无节制开采利用，正在面临日益短缺，并且化石燃料的消耗不仅给人类赖以生存的环境造成严重污染，而且逐渐耗竭其资源量，因此寻找其替代资源势在必行。生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。生物质作为可以转化为液体燃料及化学品的可再生资源，基本不含硫，对环境影响小，已经受到了世界各国的广泛关注。作为生物质的重要组成部分之一，木质素在自然界中是一类天然高分子芳香聚合物，是自然界中唯一能够提供可再生芳基化合物的非石油资源，其总含量仅次于纤维素，约占植物体质量的20-30％，每年植物生长产生的木质素在1500亿吨左右。仅在制浆造纸行业中，每年要从植物中分离出大约1.4亿吨的纤维素，同时得到5000万吨左右的木质素副产品，迄今为止超过95％的木质素仍然主要作为制浆工业的废弃物，大部分作为燃料浓缩后燃烧为制浆造纸过程提供能量，小部分随着废水直接排入江河，不仅造成环境污染，同时也浪费了资源。

木质素主要是由对羟苯基丙烷、愈创木基丙烷和紫丁香基丙烷单元通过醚键或者碳-碳键链接形成的无定形高分子化合物。木质素分子中的碳氢质量分数高达70-80％，具有高热能。因此木质素经选择断键的化学反应，可以生产精细化学品(酚、醇、醛、酸、酯类化合物)和大宗化学品(三苯类化合物)以及不含硫的生物燃料，因此木质素可认为是开发生物质能源的关键原料，但是由于其结构复杂性、大分子的多分散性以及木质素化学结构的不均一性使得催化降解过程变得非常困难。

目前将木质素在适当的催化条件下可降解为具有商业应用价值的芳香族有机小分子。一般地，小分子化合物是通过生物降解、热裂解、氧化降解以及还原加氢降解，增加活性羟基团数目，同时生成高值芳香化合物。生物降解是通过真菌等菌类对木质素进行降解，然而菌类对环境要求高，降解过程非常缓慢，重复性较差，且酚类化合物产率较低。热裂解通常在高温(300-600℃)、高压(10MPa)以及惰性气体条件下进行，对设备要求较高，并且酚类降解产物种类多，达到上百种，并且产生酸性化合物。氧化降解氧化解聚则是将木质素转化成更为复杂的平台化合物，降解产物种类多，催化剂失活问题严重。相比之下，还原加氢降解将木质素大量官能团消除形成一些简单的单体化合物，如酚、苯、甲苯、二甲苯，这些芳香化合物作为平台化合物通过石油化工行业成熟的方法合成精细化工品。显然，提高木质素附加值最有前景的方法是还原加氢降解法，因其产物种类少，含氧量低，热值高，因此木质素的还原降解是目前木质素降解为芳环小分子化合物领域的研究热点。