[发明专利]一种利用废旧棉织物制备5-羟甲基糠醛的方法

说明书

本发明公开了一种利用废旧棉织物制备5‑羟甲基糠醛的方法，是以无水氯化胆碱和对甲苯磺酸混合加热得到胆碱类低共熔溶剂，加入废旧棉织物加热进行降解，以有机溶剂萃取出降解产物中的5‑羟甲基糠醛。本发明提供了一种在不添加任何催化剂下将高聚合度纤维素直接降解得到5‑羟甲基糠醛，并回收再生纤维素纤维粉末的方法，并在高值化利用废旧棉织物的同时不产生新的环境问题，为纤维素降解高附加值化学品奠定了基础。

技术领域

本发明属于废旧棉织物的回收利用技术领域，涉及一种利用废旧棉织物进行降解处理以制备有价值物质的方法。

背景技术

随着经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，废旧纺织品呈逐年上升趋势。预计我国2020年废旧纺织品总储量可达近2亿吨，但综合利用率却不足10%，废弃后掩埋和焚烧处理造成了严重的环境污染和资源浪费。同时，棉花产量逐年减少，造成纺织原材料的资源紧缺。因此，做好废旧棉纺织品的综合利用，不仅可以有效弥补我国棉纺织行业的原料缺口，还可以减少环境污染和资源浪费。

通过降解废旧棉纺织品生产燃料和制备高值化学品，是一种非常有效的资源化利用手段。

其中，废旧棉织物中的纤维素含量极高，可以达到90%以上。然而，纤维素是一种线性聚合物，由氢键和分子内范德华力连接，形成复杂的耐降解氢键网络结构，因此难以被普通有机溶剂降解。

纤维素可用于生产糖类（如葡萄糖和果糖），也可以直接或间接转化为其他重要的化学物质，特别是5-羟甲基糠醛（5-HMF）。

5-羟甲基糠醛被认为是一种重要的平台化合物，它的许多衍生物可以用作生物燃料的前体和有用的化学品。因此，利用废旧棉织物等废弃纤维素纤维材料绿色、环境友好地合成5-HMF，是实现废旧纺织品高值化利用的一种有效方法，具有重要的理论意义和实践价值。

降解是有效利用纤维素的关键步骤。在降解转化过程中，溶剂体系对于提高降解产物的收率起着至关重要的作用。目前，纤维素降解制备5-羟甲基糠醛的溶剂体系主要包括有水、单一有机溶剂、离子液体体系、混合溶剂体系和低共熔溶剂体系。

使用单一有机溶剂、离子液体体系或混合溶剂体系转化制备5-羟甲基糠醛时，都需要添加各种催化剂，如酸、碱、金属卤化物等，往往会带来严重的环境污染和设备腐蚀，而且，离子液体通常具有很强的毒性，也使其难以实现工业化。

以水作为溶剂转化制备5-羟甲基糠醛虽然是一种绿色途径，但其高温高压的反应条件对设备要求非常高，同时，5-羟甲基糠醛极易在水中进一步转化为乙酰丙酸等副产物，从而降低产率。

随着可持续发展概念的加深，以及对使用绿色溶剂降解纤维素需求的增加，研究人员将目光转移到了低共熔溶剂（DESs）。

DESs是一类由氢键受体和氢键供体组合而成的、熔点显著低于各个组分纯物质熔点的常温下呈液态的类离子液体。Abbott等人首先发现，氯化胆碱与尿素形成的溶液在室温下是液体。DESs具有离子液体的优异特征，以及良好的化学稳定性和热稳定性，且几乎没有蒸气压。另外，与离子液体相比，DESs具有价格低廉来源广、制备简单、可生物降解、可循环利用、低毒或无毒，可实现工业化大规模生产。

胆碱类低共熔溶剂的独特结构对于纤维素的溶解具有潜在影响。但是，现有文献报道的胆碱类低共熔溶剂的粘度较大，一般在2000mPa·s以上，不仅不利于反应物的接触，而且传质慢，反应效率较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用废旧棉织物制备5-羟甲基糠醛的方法，通过采用新型的胆碱类低共熔溶剂降解废旧棉织物，以在高值化利用废旧棉织物的同时，不产生新的环境问题。

本发明所述的利用废旧棉织物制备5-羟甲基糠醛的方法是将废旧棉织物置于胆碱类低共熔溶剂中，加热进行降解，以有机溶剂萃取出降解产物中的5-羟甲基糠醛。