[发明专利]一种利用金属改性MCM-41分子筛催化热解生物质制备糠醛的方法

说明书

本发明公开了一种利用金属改性MCM‑41分子筛催化热解生物质制备糠醛的方法，所述方法以生物质为原料，以金属改性MCM‑41为催化剂；将所述催化剂与生物质按照一定的质量比例研磨混合，在350～500℃无氧条件下进行快速热解反应，热解反应时间为30s以下，并将热解气快速冷凝后收集，得到富含糠醛的液体产物。本发明利用金属改性MCM‑41分子筛催化热解生物质制备糠醛的方法，工艺简单、操作方便；金属改性MCM‑41为固体催化剂，便于从反应产物中将催化剂进行分离和回收；以金属改性MCM‑41催化生物质热解反应的糠醛产率和选择性均较高，便于糠醛产品的分离提纯。

技术领域

本发明属于生物质再利用技术领域，具体涉及一种利用金属改性 MCM-41分子筛催化热解生物质制备糠醛的方法。

背景技术

糠醛，学名为α-呋喃甲醛，是呋喃C2位上的氢原子被醛基取代的衍生物。它最初从米糠与稀酸共热制得，所以叫做糠醛。糠醛是呋喃环系最重要的衍生物，它是一种很好的有机溶剂，化学性质活泼，可以通过氧化、缩合等反应制取众多的衍生物，被广泛应用于合成树脂、合成塑料、食品、医药、农药等行业。

传统的糠醛生产采用酸催化水解工艺，具有能耗大、污染和腐蚀严重的缺点。近年来，在生物质快速热解的研究中，不同学者发现糠醛是一种重要的热解产物，同时来自于纤维素和半纤维素。在常规热解中，糠醛产率较低，通过在纤维素热解过程中引入催化剂能够促进糠醛的生成。其中，以H₃PO₄、H₂SO₄等液体酸为催化剂时，需将生物质原料浸渍于酸溶液中，然后过滤、干燥，获得负载型原料，最后通过热解获得糠醛，该方法中原料预处理过程较为复杂，且负载型原料上酸的负载量难以控制，致使催化效果不稳定；以ZnCl₂、AlCl₃等金属氯化物为催化剂时，需要用金属氯化物溶液对生物质原料进行浸渍处理，同样催化剂的负载量难以控制，致使催化效果不稳定，且上述两种方法中使用的催化剂均难以回收再利用，造成资源浪费和污染。

MCM-41分子筛是具有均一孔径的长程有序介孔材料，MCM-41 分子筛的合成区别于传统Molecule分子筛合成的最大特点是所用模板剂不同，传统沸石或Molecule分子筛的合成是以单个有机小 Molecule分子或金属离子为模板剂，以ZSM-5为例，所用典型模板剂为四丙基胺离子，晶体是通过酸盐在模板剂周围的缩聚形成的。而MCM-41分子筛的合成则不同，它是以大Molecule分子表面活性剂为模板剂，模板剂的烷基链一般多于10个碳原子，因此，MCM-41 分子筛具有极高的BET比表面积、大吸附容量、均一的中孔结构等特点，在渣油催化裂化、重油加氢、润滑油加氢、烷基化、烯烃聚合、 CO₂与CH₄的分离等酸催化领域和石油化工的分离过程中具有相当大的潜在应用价值。目前，MCM-41分子筛在催化生物质制备糠醛的领域中还鲜见报道。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种利用金属改性MCM-41分子筛催化热解生物质制备糠醛的方法，工艺简单、操作方便；金属改性MCM-41为固体催化剂，便于从反应产物中将催化剂进行分离和回收；以金属改性MCM-41催化生物质热解反应的糠醛产率和选择性均较高，便于糠醛产品的分离提纯。

为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种利用金属改性 MCM-41分子筛催化热解生物质制备糠醛的方法，所述方法以生物质为原料，以金属改性MCM-41为催化剂；将所述催化剂与生物质按照一定的质量比例研磨混合，在350～500℃无氧条件下进行快速热解反应，热解反应时间为30s以下，并将热解气快速冷凝后收集，得到富含糠醛的液体产物。

优选的技术方案是，所述生物质与催化剂的质量比例为1:0.5～4。

优选的技术方案还有，所述生物质包括农作物秸秆、木材、竹材或草本类植物中的一种或几种。