催化轉化纖維素制異丙醇的方法
2023-05-21 17:25:16
專利名稱：催化轉化纖維素制異丙醇的方法
技術領域：
本發明涉及一種製造異丙醇的方法，具體地，涉及一種由纖維素製造異丙醇的方法。
背景技術：
異丙醇是重要的化工產品和原料，是一種性能優良的溶劑，能與乙醇、乙醚、氯仿和水等混溶。異丙醇也是多種有機化合物合成途徑中的中間體，可廣泛應用於製藥、化妝品、塑料、香料、塗料等領域，其中，塗料和油墨是其主要應用領域，約佔異丙醇總消費量的50%。此外，異丙醇經脫水即可獲得另一種重要的工業品丙烯，工業上對丙烯的需求量極高。目前現有生產異丙醇的主要方法是丙烯水合法，根據是否生成中間產品，又可分為丙烯間接水合法和丙烯直接水合法。然而，由於丙烯可用於生產聚丙烯、苯酚、丙酮、丁醇、辛醇、丙烯腈、環氧丙烷、丙烯酸以及異丙醇等產品，因此對於丙烯的需求量極高，必然 導致丙烯的資源短缺。因此，仍有需要開發其它生產異丙醇的工藝，特別是不同於丙烯的原料。纖維素是地球上產量最大的可再生資源，來源豐富，例如農業生產中剩餘的秸杆，林業生產的廢料等等。因此充分利用廉價的纖維素轉化為高價值的化學品具有很重要的意義。與其它可再生資源相比較，由於纖維素不能被食用，從而最大限度地消除了生物質能源轉化過程可能對人類的糧食安全造成不良的影響。由於纖維素存在分子鍵及分子內氫鍵，具有非常穩定的結構，現有技術通常先以酸作為催化劑將纖維素水解為葡萄糖，然後再氫解為其它化學品。在從纖維素的催化轉化制多元醇的工藝中，大多採用分子篩負載的貴金屬催化齊U，此種催化劑的成本很高，且產物選擇率不易控制。已有採用鎳-鎢(Ni-W)催化劑對纖維素進行催化，但主要產物是乙二醇，例如可參考中國專利CN 101723802、CN101735014A等。目前還沒有從纖維素催化製備以異丙醇為主的產物的已有技術。在纖維素催化轉化的其它先前技術中，為了增加轉化率和目標產物的收率，也會在反應體系中加入一些礦物酸，因此產生大量的廢水。並且，因為添加了酸，對反應設備的要求也會增加。另有先前技術顯示，在催化轉化的步驟之前，纖維素必需經過若干前期處理才能達到比較好的催化效果，例如機械球磨、切碎、打漿、氫氧化鈉溶液或液氨等其它化學試劑處理、離子電子輻射、微波超聲處理、蒸汽爆破等，以降低纖維素的結晶度，並提高纖維素的反應性。這些繁瑣的前期處理提高了製造成本，不利於工業化的應用。除了前述酸的添加與前期處理的難點以外，已有很多文獻和專利都顯示了在催化工藝中，無法提高纖維素與水的質量比，其反應濃度很低，同時對產品分離和提純要求都很高。尤其是在高纖維素與水的質量比的條件下，容易產生結焦的現象，大幅地影響催化轉化的進行，更不利於設備的運作及管理。
發明內容
本發明提供了一種從纖維素制異丙醇的方法，其特徵在於在銅鉻催化劑的存在下，將較純的纖維素原料進行一步催化反應以轉化成異丙醇。較純的纖維素原料是指纖維素含量超過85被％的原料。纖維素主要來源有麻、麥杆、稻草、甘蔗渣等。其中主要的雜質有半纖維素，木質素及部分礦物鹽，所以大量的雜質會影響催化活性及目標產物的產率，一般需要一個提純的前處理過程，純度達到85%以上即可，提純過程可參考《染整技術，2011，33，12-16》。藉由本發明所提供的銅鉻催化劑，可將纖維素一步直接催化轉化成異丙醇，且所述銅鉻催化劑具有優異的異丙醇選擇率。使用銅鉻催化劑催化轉化纖維素的反應路徑如下所示，首先將纖維素水解成葡萄糖，接著將葡萄糖加氫形成山梨醇，進而氫解而形成包括異丙醇的產物。本發明的轉化能夠「一步」完成，即上述「水解一加氫一氫解」等反應能夠在實際的工業系統中的單個反應環節中完成。
權利要求
1.一種從纖維素製備異丙醇的方法，其特徵在於在銅鉻催化劑的存在下，將纖維素進行催化反應以轉化成異丙醇。
2.依據權利要求I所述的方法，其中，所述轉化在單個工業反應環節中完成。
3.依據權利要求I所述的方法，其中，所述銅鉻催化劑包括CuCr2O4活性相。
4.依據權利要求I所述的方法，其中，所述銅鉻催化劑包括CuO或Cr2O3的活性相。
5.依據權利要求1-4中任意之一所述的方法，其中，所述銅鉻催化劑以溶膠凝膠法製備。
6.依據權利要求1-4中任意之一所述的方法，其特徵在於，所述催化反應不存在酸添加劑。
7.依據權利要求1-4中任意之一所述的方法，其中，所述銅鉻催化劑中的銅/鉻的摩爾比為0. 25以上。
8.依據權利要求7所述的方法，其中，所述銅鉻催化劑中銅/鉻的摩爾比為0.5以上。
9.依據權利要求1-4中任意之一所述的方法，其中，所述催化反應的介質為水。
10.依據權利要求9所述的方法，其中纖維素與水的質量比為15wt%以下。
11.依據權利要求10所述的方法，其中，所述纖維素與水的質量比為0.l-10wt%o
12.依據權利要求1-4中任意之一所述的方法，其中，所述催化反應的溫度為200°C至.270。。。
13.依據權利要求12所述的方法，其中，所述催化反應的溫度為220°C至260°C。
14.依據權利要求1-4中任意之一所述的方法，其中，所述催化反應的壓力為5至.8MPa0
15.一種纖維素制異丙醇的方法，其特徵在於在以水為介質，纖維素與水的質量比為.0.l_10wt%，反應溫度為220°C至260V及壓力為5_8MPa的反應條件下，藉由銅鉻催化劑一步催化轉化成異丙醇；其中，所述銅鉻催化劑包括CuCr204/CU0的結構，且銅/鉻的摩爾比為.0.5以上。
16.依據權利要求15所述的方法，其中，所述銅鉻催化劑是以溶膠凝膠法製備。
全文摘要
一種纖維素制異丙醇的方法，其特徵在於在銅鉻催化劑的存在下，將纖維素進行催化反應以轉化成異丙醇；其中，所述銅鉻催化劑包括一種CuCr2O4活性相或包含一種CuO及Cr2O3所成群組的活性相；所述纖維素與水的質量比為15wt%以下；以及，所述催化反應的溫度為200℃至270℃。
文檔編號C07C31/10GK102757310SQ201210230079
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月4日 優先權日2012年7月4日
發明者徐彬, 梁長海, 王歡, 肖子輝 申請人:大連理工大學, 易高環保能源研究院有限公司