[发明专利]一种一锅法转化纤维素为生物乙醇的方法

说明书

本发明公开了一种一锅法转化纤维素为生物乙醇的方法，将原料纤维素、W基催化剂、Cu基催化剂、溶剂加入反应釜中，所述W基催化剂和Cu基催化剂的质量比为5∶1～1∶100,所述原料纤维素与W基催化剂的质量比为1000∶1～1∶1；所述原料纤维素与溶剂的质量比为1∶100～1∶1。本发明以纤维素为原料，以混合的选择性断裂C‑C键的W基催化剂和选择性断裂C‑O键、加氢的Cu基催化剂为催化剂体系，在一个反应釜中，采用一锅法得到高收率的乙醇，工艺简单，容易放大规模，且采用本发明的方法得到的生物乙醇产物可通过简单的蒸馏方法进行进一步提纯。

技术领域

本发明涉及生物乙醇制备领域，具体涉及一种一锅法转化纤维素为生物乙醇的方法。

背景技术

传统的乙醇生产方法包括化工合成法和生物发酵法等，其中，化工合成法是将石油裂解得到的乙烯与水通过水合反应生成乙醇；生物发酵法是利用生物酶将糖类等酶解为乙醇。这两种传统方法中，生物发酵法的操作相对温和，但是酶解的速度较慢，效率较低。

纤维素是植物中储存量第一的天然可再生资源，未来有望成为石油、天然气、煤等化石能源的替代品。纤维素由葡萄糖的单元结构连接而成，从纤维素的结构可知，可通过设计相应的反应将其转化为乙醇、乙二醇、丙二醇等重要化工原料。

近年来涌现出一些新型的燃料乙醇合成方法，专利CN101934228A公开了一种利用铜基催化剂将醋酸酯加氢制乙醇的方法，但其转化率和反应速率都较低。专利CN102350358A公开了一种利用Cu/SiO₂催化剂加氢草酸二甲酯制乙醇的过程，草酸酯的转化率为100％，乙醇选择性高达80％，低碳醇(乙醇、异丙醇、丙醇、丁醇和2-丁醇)的总选择性达到97％以上，表现出较高的活性和选择性。大连化物所张涛等(文献ChemSusChem,2017,10,1390–1394)发明了两步法从纤维素制备乙醇。但是纤维素两步法的过程涉及较为复杂的纯化和分离过程，较为繁琐难以操作。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种一锅法转化纤维素为生物乙醇的方法，原料廉价易得，乙醇收率高。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种一锅法转化纤维素为生物乙醇的方法，包括以下步骤：

步骤1，将原料纤维素、W基催化剂、Cu基催化剂、溶剂加入反应釜中，所述W基催化剂和Cu基催化剂的质量比为5∶1～1∶100,所述原料纤维素与W基催化剂的质量比为1000∶1～1∶1；所述原料纤维素与溶剂的质量比为1∶100～1∶1；

所述W基催化剂为金属W或金属W的化合物或含W的负载型催化剂，所述含W的负载型催化剂包括第一活性组分和第一载体，所述第一活性组分为金属W的化合物；所述Cu基催化剂包括第二活性成分、第一助剂、第二助剂、第二载体，所述第二活性成分为Cu，所述第二活性组分占Cu基催化剂的质量百分比为10～50wt％；

步骤2，密闭反应釜后通过向反应釜中通入N₂除去反应釜中的空气，向反应釜中通入4～6MPa的氢气，将反应釜温度升温至200～350℃，持续反应1～24小时，得到第一反应物；

步骤3，再次升温到280～350℃，并进行搅拌，反应2～20h，得到第二反应物；

步骤4，将步骤3中得到的第二反应物过滤，得到最终反应液体，所述最终反应液体包括乙醇、甲醇、丙醇、丁醇、乙二醇。

上述的方法，其中，所述原料纤维素选自纤维素粉末、含纤维素的木质纤维素中的一种或多种。

上述的方法，其中，所述溶剂为极性溶剂，选自水、甲醇、丙醇、异丙醇、丁醇、尿素溶液中的一种或多种。