[发明专利]一种纤维素降解转化为甲酸的方法

说明书

本发明公开一种纤维素降解转化为甲酸的方法，包括以下步骤：将金属氧化物溶解于氢氧化钠溶液中，形成金属盐溶液；向金属盐溶液中加入纤维素原料，搅拌形成混合液；将混合液进行冷冻后再解冻，并搅拌至纤维素全部溶解，得到碱性纤维素溶液；将碱性纤维素溶液置于高温高压条件下进行催化降解反应，反应结束后得到产物溶液；调节产物溶液的pH值至中性，然后对产物溶液进行过滤分离，得到纤维素降解转化为甲酸的产物。本发明提供的技术方案中，通过将纤维素溶解于含有金属氧化物的碱性溶剂中，以其中溶解态的微量金属氧化物作为催化剂，提高了纤维素催化降解的转化率，并使纤维素选择性地转化为甲酸。

技术领域

本发明涉及纤维素降解技术领域，特别涉及一种纤维素降解转化为甲酸的方法。

背景技术

纤维素是地球上最古老、最丰富的天然高分子，将纤维素通过降解转化成各种高附加值平台化合物，具有重要的学术价值及应用潜力，例如，使用Pt、Ru、Pd、Rh和Ir等贵金属催化剂，催化水解纤维素制备山梨醇和甘露醇；利用Ru/C催化剂在不同反应介质中对纤维素进行催化加氢，转化得到己糖醇等等。

但是，由于纤维素稳固的分子内和分子间氢键网络结构的存在，使得在异相反应中水分子难以渗透道纤维素分子内部结构中，水解可及度低致其转化非常困难，因而现有纤维素的降解转化需要在较为苛刻的条件下进行(比如200～500℃、30～100atm H₂)，而且催化剂的用量相对较大，导致纤维素的降解转化存在纤维素转化率低、产物选择性差、异相催化剂用量大但利用率低等问题。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种纤维素降解转化为甲酸的方法，旨在使纤维素选择性地降解转化为甲酸，并提高纤维素的转化率。

为实现上述目的，本发明提出一种纤维素降解转化为甲酸的方法，包括以下步骤：

将金属氧化物溶解于氢氧化钠溶液中，形成金属盐溶液；

向金属盐溶液中加入纤维素原料，搅拌形成混合液；

将混合液进行冷冻后再解冻，并搅拌至纤维素全部溶解，得到碱性纤维素溶液；

碱性纤维素溶液经过催化降解反应后得到产物溶液；

调节产物溶液的pH值至中性，然后对产物溶液进行过滤分离，得到纤维素降解转化为甲酸的产物。

优选地，所述金属氧化物为三氧化二铁、氧化锌、氧化铜、氧化铝以及二氧化锰中的任意一种。

优选地，所述纤维素原料为棉短绒浆、细菌纤维素和微晶纤维素中的任意一种。

优选地，将金属氧化物溶解于氢氧化钠溶液中，形成金属盐溶液的步骤，具体包括：

将氢氧化钠溶解于水中形成氢氧化钠溶液，再将金属氧化物加入氢氧化钠溶液中，并于500～1000rpm转速下搅拌10～18min，得到金属盐溶液；其中，所述氢氧化钠溶液的浓度为5～13％，所述金属氧化物的质量为所述氢氧化钠溶液质量的0.2～1％。

优选地，向金属盐溶液中加入纤维素原料，搅拌形成混合液的步骤，具体包括：

向金属盐溶液中加入纤维素原料，并于500～1000rpm转速下搅拌10～18min，形成混合液；其中，所述纤维素原料的质量为所述金属盐溶液质量的0.5～4％。

优选地，将混合液进行冷冻后再解冻，并搅拌至纤维素全部溶解，得到碱性纤维素溶液的步骤，具体包括：

将混合液置于-45～-18℃条件下冷冻2～8h，然后在室温下解冻后搅拌至纤维素全部溶解，再将搅拌后的溶液于5000～8000rpm条件下进行离心脱泡10～20min，得到碱性纤维素溶液。

优选地，碱性纤维素溶液经过催化降解反应后得到产物溶液的步骤中：