[发明专利]一种氧化降解木质素的方法

说明书

本发明属于降解木质素的方法技术领域，尤其涉及一种氧化降解木质素的方法。所述方法包括如下步骤：将1‑丁基‑3‑甲基咪唑硫酸氢盐和1‑苄基‑3‑甲基咪唑磺酰亚胺盐混匀，得到均相的双盐离子液体；将木质素、双盐离子液体和甲醇加入到反应器中搅拌均匀，进行木质素降解反应，反应结束后，对反应混合物进行固液分离，所得液体加水使未降解的木质素再生析出，对上层液萃取获得降解产物并回收1‑丁基‑3‑甲基咪唑硫酸氢盐，分离回收下层液中的1‑苄基‑3‑甲基咪唑磺酰亚胺盐和残余木质素。本发明实现了对木质素的高效氧化降解；利用离子液体为溶剂和催化剂，可回收循环利用，无环境污染；工艺简单，绿色环保，具有很强的工业应用前景。

技术领域

本发明属于降解木质素的方法技术领域，尤其涉及一种氧化降解木质素的方法。

背景技术

木质素是构成植物细胞骨架的主要成分，是唯一具有芳香结构的可再生生物质资源。作为造纸和生物乙醇等过程的主要副产物，木质素没有得到充分利用，大部分作为废弃物燃烧。因此，木质素高值化利用是具有重大经济价值和深远社会意义的课题。

氧化降解可以选择性断裂木质素联接键(如芳基醚键、C–C键)，并保留大部分功能基团，生成结构复杂的―平台型”芳香化合物(如香草醛、丁香醛和香草酸等)。但是，现有技术过程各有限制，尚未形成完善的木质素氧化降解工艺。当木质素在溶剂中溶解或溶胀，苯丙烷单元之间联接点暴露，从而提高转化效率。基于此，构建溶解木质素的功能化溶剂体系是实现高效氧化降解的先决条件之一。

作为结构可设计溶剂—离子液体，通过调变阴、阳离子可构建功能化体系，赋予其在木质素氧化降解中独特作用(溶剂或催化剂)。但是，离子液体中木质素氧化降解过程仍存在亟待解决的问题：使用金属或无机酸作为催化剂提高转化率和选择性，但是消耗资源有限的金属材料或造成后续污染问题；然而，仅使用纯离子液体同时作为溶剂和催化剂，又会导致反应时间延长，过程效率降低。

因此，寻求一种反应效率高、环境友好的方法，将造纸和生物乙醇中的副产物木质素进行有效降解，制备酚和芳醛类化合物，对于缓解日益严重的环境污染和改善我国未来资源结构具有重大的现实意义。

发明内容

本发明提供了一种利用双盐离子液体(DSILs)为原料的工艺简单、反应效率高、环境友好的氧化降解木质素的方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种氧化降解木质素的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐和1-苄基-3-甲基咪唑磺酰亚胺盐混匀，得到均相的双盐离子液体；；

(2)将木质素、双盐离子液体和甲醇加入到反应器中搅拌均匀，进行反应，得到反应混合物；

(3)向步骤(2)得到的反应混合物中加入水，搅拌，静置，分层；

(4)收集上层水相，利用真空干燥除水，用乙酸乙酯萃取，得到含降解产物的乙酸乙酯和1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐，随后将含降解产物的乙酸乙酯真空旋转蒸发，得到降解产物；

(5)下层油相为1-苄基-3-甲基咪唑磺酰亚胺盐与再生木质素的混合物，向下层油相混合物中加入NaOH溶液，搅拌，静置，分层，得到取含木质素的上层水相和下层1-苄基-3-甲基咪唑磺酰亚胺盐，随后向含木质素的上层水相中加入盐酸调至溶液pH＝7，使再生木质素析出，水洗、冷冻干燥，得到再生木质素；

(6)回收步骤(4)得到的1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐和步骤(5)得到的1-苄基-3-甲基咪唑磺酰亚胺盐。

上述技术方案中，进一步地，所述木质素为碱木质素。

上述技术方案中，进一步地，所述步骤(2)中，反应条件为：初始O₂压为1-15MPa，反应温度为80-200℃，反应时间为0.5-5.0h。