[发明专利]一种将Dowson构型钨磷杂多酸用于催化水解纤维素制备乙酰丙酸的方法

说明书

本发明涉及一种将Dowson构型钨磷杂多酸用于催化水解纤维素制备乙酰丙酸的方法。将纤维素、纯净水以及磷钨杂多酸加入到带有间歇式磁力搅拌器的高压反应釜中，在160～240℃条件下反应0～180min，冷却至室温，收集产物并分离纯化得到乙酰丙酸。本发明以农林废弃物纤维素为原料，Dowson构型磷钨杂多酸为催化剂，在去离子水中催化水解制备乙酰丙酸，具有较高的乙酰丙酸选择性和收率。同时，磷钨杂多酸具有绿色、无毒、热稳定性高、可回收和易分离等优点，而且操作简单，条件温和，应用性强。

技术领域

本发明提供一种乙酰丙酸的制备方法，更具体的涉及一种将Dowson构型钨磷杂多酸用于催化水解纤维素制备乙酰丙酸的方法。

背景技术

随着全球经济的快速发展，对能源的需求正在与日俱增。但传统化石燃料不可再生，且对环境造成严重污染，不是长久之计。而生物质资源作为一种关键的可再生能源，其本身具有巨大的优势。近年来人们已将大量注意力投入到绿色催化过程中，以将可再生生物质转化为有用的化学品和清洁燃料。

我国是个农业大国，每年生产各类农业秸秆7亿多吨，其中玉米秸秆占的比例达40％以上，产生的热量相当于近3.1亿吨煤。秸秆类生物质主要含有木质素、纤维素和半纤维素三大组分，而木质纤维素是秸秆类生物质资源中含量最高的组分，一般在40％-60％之间，而在玉米秸秆中纤维素含量则在45％左右。将生物质催化转化制备重要的衍生平台化学品，是高效利用生物质，缓解能源资源危机的重要途径之一。

乙酰丙酸是纤维素类生物质降解的最重要的平台化合物之一。由于其带有羟基和羧基的结构，因此是一种理想的衍生化学品，在制药，农药，燃料，香料，增塑剂，调味剂，化妆品等化工产品的生产加工中具有重要的应用。传统的乙酰丙酸的制备通常采用水溶液中的无机酸催化，但无机酸的大量使用对环境很不友好，会造成设备腐蚀，产生有害酸性废水等问题。基于以上因素，高效稳定的杂多酸催化剂用于纤维素的催化越来越受到学者们的广泛关注。

杂多酸催化剂具有三维的笼型结构，具有类似液体催化剂的均相催化反应的特征，使得几乎所有的移动质子都可以参与催化。并且由于其假液相体系较高的底物吸附密度，降低了传统固体酸催化剂常见的高温要求。除此之外杂多酸还具有出色的理化特性，例如较高的和催化活性以及良好的水热稳定性。近年来，杂多酸作为一种新型的绿色催化剂，在酯化、缩酮、醚合成、烷基化和酰基化、水解等多种酸催化反应中都表现出良好的催化活性。其中，Dawson构型磷钨杂多酸表现出优异的性能，由于Dowson构型钨磷杂多酸独特的物理结构，不但具有类似于浓溶液的“假液相”行为，而且具有比Keggin构型杂多酸更强的氧化性及更高的酸量，是许多均相和多相有机反应中理想的酸性催化剂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服上述现有技术中的缺陷和不足，提供一种直接由秸秆类纤维素制备生产乙酰丙酸的方法，具体是一种利用Dowson构型钨磷杂多酸催化剂以实现纤维素的高效水解制备乙酰丙酸的方法。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方案如下:

一种将Dowson构型钨磷杂多酸用于催化水解纤维素制备乙酰丙酸的方法，步骤如下：分别称取纤维素、磷钨杂多酸以及去离子水放入带有间歇式磁力搅拌器的高压反应釜中，在160～240℃条件下反应，达到反应温度后维持0～180min，反应完成后冷却至室温，将水解反应液与残渣分离后纯化得到产物乙酰丙酸。

优选地，所述水解反应液和残渣分离方法为过滤或离心。

优选地，所述水解产物纯化方法为采用乙酸乙酯溶剂萃取，将萃取完全的反应液进行精馏纯化得到乙酰丙酸。

优选地，所述纤维素为秸秆纤维素，更优选地，为40～50目并经过干燥处理的玉米秸秆纤维素。

优选地，所述反应温度为180～220℃。

更优选地，所述反应温度为220℃。