[发明专利]一种催化木质素氧化解聚的方法

说明书

本发明公开了一种催化木质素氧化解聚的方法，包括在氧气气氛中，将多相非贵金属固体催化剂与木质素底物反应，催化氧化解聚木质素得到含氧芳香化合物单体；其中，所述非贵金属固体催化剂为负载型催化剂，包括氮掺杂碳载体和非贵过渡金属氧化物；所述木质素包括β‑O‑4模型化合物2‑苯氧基‑1‑苯乙醇；所述芳香化合物单体为苯酚、苯甲酸和苯甲酸甲酯中的至少一种。本发明所述的一种催化木质素氧化解聚的方法，可以在温和条件下选择性断裂木质素内部连接键，得到含氧芳香化合物，反应中催化剂的氮掺杂碳载体和过渡金属氧化物的协同作用，促进木质素的氧化解聚，使得木质素解聚效率和单体收率较高。

技术领域

本发明涉及化学化工技术领域，特别涉及一种催化木质素氧化解聚的方法。

背景技术

木质素是自然界中唯一含芳香结构的可再生资源，通常作为制浆造纸和纤维素燃料乙醇的副产物而燃烧处理，不仅造成环境污染，而且利用效率低使得资源浪费。借助木质素自身芳香结构，高效解聚木质素制备高附加值含氧芳香化合物等大宗化学品，替代传统的石油化工过程，实现木质素废弃物的资源化利用，是减缓环境污染、减少碳足迹的重要举措。

木质素主要是由苯基丙烷基本单元通过C-C键和C-O键连接而成，连接方式(β-O-4，β-5，α-O-4，β-β，5-5等)复杂，高效催化C-C/C-O键的断裂成为解聚木质素的关键。催化氧化法可选择性断裂C-C键，充分利用木质素原有组成的含氧基团和芳香结构，获得含氧官能团的芳香化合物。但目前的催化体系存在贵金属催化剂成本高、木质素解聚效率低、需添加碱、反应条件苛刻问题。开展高效非贵金属催化剂是无碱条件氧化解聚木质素制备含氧芳香化合物的关键。故此，我们提出了一种催化木质素氧化解聚的方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种催化木质素氧化解聚的方法，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种催化木质素氧化解聚的方法，包括在氧气气氛中，将多相非贵金属固体催化剂与木质素底物反应，催化氧化解聚木质素得到含氧芳香化合物单体；

其中，所述非贵金属固体催化剂为负载型催化剂，包括氮掺杂碳载体和非贵过渡金属氧化物；

所述木质素包括β-O-4模型化合物2-苯氧基-1-苯乙醇；

所述芳香化合物单体为苯酚、苯甲酸和苯甲酸甲酯中的至少一种。

优选的，所述反应在高压反应釜中进行，所述反应条件为：反应温度60～220℃，最佳温度为100～180℃；反应时间为2～36h，最佳反应时间为4～24h；反应压力为0.1～10MPa，最佳反应压力为0.5～5.0MPa。

优选的，所述氮掺杂碳载体中氮含量为0.5～5wt％。

优选的，所述催化剂与木质素底物摩尔比为1：3～1：30。

优选的，所述反应于液相中进行，所述溶剂为甲醇、水、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的任意一种。

优选的，所述非贵过渡金属氧化物为氧化钴、氧化钒、氧化铜、氧化铁、氧化锰中的一种或两种，所述非贵过渡金属氧化物的质量含量为0.5～10％。

优选的，所述负载型催化剂的制备方法具体包括以下步骤：

S1：将含氮单体、共聚单体和交联剂在1，2-二氯乙烷溶剂中，在无水氯化铁的作用下聚合合成含氮有机聚合物前驱体，聚合温度为25～140℃，聚合时间为12～48h，混合组分的摩尔比例为1(含氮单体+共聚单体)：2～4交联剂：4～8氯化铁：5～50 1,2-二氯乙烷；

S2：甲醇洗涤和索氏提取制备的固体聚合物，洗去未聚合完全的单体和氯化铁，索氏提取温度60～100℃，提取时间8～24h，固体60～120℃烘干；