[发明专利]微波强化木质素在供氢剂中降解制备小分子酚类化合物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微波强化木质素在供氢剂中降解制备小分子酚类化合物的方法。 

背景技术

木质素是由苯丙烷结构单元通过醚键和碳-碳键连接而成的芳香族高分子化合物，其3种基本的苯丙烷结构单元为愈创木基丙烷、紫丁香基丙烷和对羟苯基丙烷，其通式如下所示。木质素是能从天然资源中获得可再生芳香基化合物的唯一原料，同时也是地球上排在纤维素、甲壳素之后，存量第三位的天然有机物，估计每年全世界由植物生长可产生1500亿吨木质素，木质素的有效利用将在农林、石油、冶金、染料、水泥、混凝土及高分子材料等行业取得巨大的经济效益和社会效益。 

小分子酚类化合物为以1个苯环为主体结构，含有1-3个羟基和0-3个其他基团的酚类化合物，如苯酚、邻苯二酚、愈创木酚、2,6-二甲氧基苯酚、2-甲氧基苯酚、4-乙基苯酚，2-甲氧基-4-甲基苯酚、3,4-二羟基苯甲醛、3,4,5-三羟基苯甲醛、香兰素等，其通式如下所示。这些酚类化合物可用于合成酚醛树脂、制备高效水泥减水剂及进一步分离纯化制备生物质基化学品。 

x=1-3;y=0-5 

R=CH₃O,CHO,CH₃,CH₃CH₂,CH₃CH₂CH₂,CH₃CO,C(CH₃)₃,…… 

以木质素为原料降解制备小分子酚类化合物的方法主要有四种：催化氧化、加氢裂解、电化学降解、生物降解。生物降解对菌种培养条件的要求较高、重复性较差,且酚类化合物产率较低；电化学法的反应条件非常苛刻；催化氧化法的催化剂失活问题严重；相比之下，加氢裂解是目前制备小分子酚类化合物最具工业化前景的方法：木质素在热解过程中产生的大量自由基，容易发生自身缩合，影响热解转化率，而活性氢原子的引入能够与这些自由基结合，从而有效地减少自由基自身缩合反应，从而提高了小分子产物的选择性。 

但是，木质素直接加氢裂解是一个气－液－固三相反应，涉及高温高压下的固液加氢反应，危险性大、不宜连续化，难以实现大规模工业化应用。采用供氢剂作为中间溶剂能将原来的气－液－固三相反应转变为液－固两相反应，同时木质素在供氢剂中的解聚是低压操作，因而易于实现过程的连续化。另外供氢剂的溶剂作用可大大提高木质素的溶解度，进而提高解聚反应的速率和选择性。武书彬等以硅铝酸等固体酸为催化剂，在供氢剂（四氢萘或苯酚）存在的条件下对工业木质素进行裂解，反应温度为180~240℃，反应时间为0.3~2小时，所制成的酚类化合物得率超过54%。虽然利用固体酸和供氢剂的氢解技术降解木质素能得到较高产率的酚类化合物，但仍存在反应温度过高、反应时间过长等问题，能耗较大，离大规模工业化还有相当的距离。 

微波辐射技术是近年来兴起的新型绿色技术，微波是指频率为300MHz~300GHz的电磁波，即波长在1米（不含1米）到1毫米之间的电磁波。当微波透入介质时，由于介质损耗引起介质温度的升高，使介质材料内部、外部几乎同时加热升温，形成体热源状态，大大缩短了常规加热中的热传导时间，且在条件为介质损耗因数与介质温度呈负相关关系时，物料内外加热均匀一致。微波对介质材料是瞬时加热升温，能耗也很低。另一方面，微波的输出功率随时可调，介质升温滞后效应小，不存在“余热”现象，极有利于自动控制和连续化生产的需要。微波的使用可加剧分子运动、提高分子平均能量、降低反应活化能，在化学领域主要用来提高化学反应速度；在特定反应中，微波能改变化学反应机理，开辟新的反应渠道；对一些反应物是极性而产物是非极性或弱极性的可逆反应来说，微波加热还能提高反应的选择性，从而提高目标产物的收率。 

供氢剂（Hydrogen-donor Solvents）是一类能够提供质子氢的溶剂，如：四氢萘、二氢蒽、茚满、十氢萘、环己烷、二氢菲、异丙醇。供氢剂最早用于煤液化，在煤的液化技术中起着关键的作用，后来在重质油轻质化、吸热燃料热裂解沉积的抑制等领域都有研究。 

发明内容

本发明的目的是提供一种微波强化木质素在供氢剂中降解制备小分子酚类化合物的方法。 

方法的步骤如下： 

1)在带磁力搅拌的微波反应器中加入木质素、供氢剂和催化剂，木质素和供氢剂的质量比为1:1~1:10，木质素和催化剂质量比为10:1~50:1，启动微波反应器，在140~200℃下进行降解反应20~60min；