利用來源於海藻類的半乳聚糖的生物燃料的製造方法
2023-06-06 06:44:31
專利名稱：利用來源於海藻類的半乳聚糖的生物燃料的製造方法
技術領域：
本發明涉及一種利用來源於海藻類的半乳聚糖的生物燃料的製造方法，特別涉及一種能夠易於從可作為海洋系生物量來使用的巨大海藻類提取的半乳聚糖為起始原料，製造能量密度高、吸溼性低的石油代替生物燃料的製造方法。
背景技術：
現在，石油資源由於其有限的儲藏量和中國等新型發展中國家的出現導致的石油需求量增加的影響，其價格正急劇上漲。而且，在不久的將來極有可能被人們用盡。其作為不可再生的資源，根據國際規約，將會造成莫大的環境費用負擔。因此，世界各國為了代替石油資源，做出了各種努力。作為代替這種不可恢復化石資源的最具現實性解決方案，人們提出能夠再生及持續使用的碳水化合物類生物量(biomass)的應用。以美國和巴西等具有寬廣耕地的國家為中心，以蔗糖等糖分物質，或者玉米等澱粉質物質為起始原料，經過糖化過程 (saccharification)和發酵過程(fermentation)，產業化大量生產生物乙醇，並用作運輸用燃料等用途。生物量大致由如糖分類(甘蔗，糖蘿蔔等)、澱粉類(玉米，土豆，地瓜等)等用作糧食的農作物系和木質系(樹、稻草、廢紙等)構成。現在能夠從這種生物量獲得的多糖類碳源裡例如有能夠從農作物系供給資源獲取的澱粉或者糖分以及能夠從木質系供給資源獲取的纖維素等。這種多糖類物質通過生物量供給資源的預處理工序獲得，通過這種預處理工序獲得的澱粉、糖分、纖維素的多糖類物質通過加水分解的糖化過程，轉換成六碳糖的葡萄糖或者果糖之後，通過生物發酵工序轉換成石油代替燃料或者作為代替物質的乙醇和丁醇。從生物量資源的應用這一方面考慮，現在完成產業化的生物乙醇由於其能量含量比汽油低75%左右，因此若想作為單一燃料使用，必須改變現有引擎，而且由於其吸溼性大，因此腐蝕引擎或者管道的危險性也大。而且，從葡萄糖經過生物發酵工序時，由於在物質收支(material balance)上來看，1/3的碳源作為二氧化碳來排出，因此該工序從根本上就是非效率性工序。由於所述原因，作為乙醇的代替方案人們提出η-丁醇。η-丁醇與乙醇相比能量含量高，且吸溼性低，但是需要新的轉化成葡萄糖的發酵過程，而這一開發研究目前正在進行中。為了解決上述問題，作為應用碳水化合物類生物量的另一代替方案而備受關注的是被稱為下一代生物燃料的DMF (2，5-dimethylfuran, 二甲基甲醯胺)， EMF (5-ethoxymethyl-2-furfural)等呋喃類化合物。這種呋喃類化合物能量含量高，且不同於醇類它不包含羥基，因此其吸溼性非常低，排氣含量也比較少，故作為下一代燃料備受
人們關注。具體來說，從碳水化合物類生物量供給源獲取所期望的最終化合物的通常的製造方法需要經過如下幾個步驟(a)獲取多糖類物質-澱粉、糖分、纖維素的預處理工序；(b) 獲取葡萄糖、果糖的糖化工序；及(c)獲取最終化合物的生物發酵或者催化劑化學工序。而在經過這樣幾個工序的過程中存在著收率下降這一問題。另外，為了將來源於這種碳水化合物類生物量(biomass)的呋喃類化合物用作石油代替燃料，人們正積極研究能夠大量生產下列結構式所示的核心中間體平臺物質5-輕基甲基-2-糠醛(HMF)的方法，HMF通過多種轉換反應，不僅用於燃料物質，還能廣泛地應用於塑膠單體及接合劑、粘著劑及塗覆劑等環保型精細化學產品。[HMF的結構式]
權利要求
1.一種利用來源於海藻類的半乳聚糖的生物燃料的製造方法，包括 起始原料製造階段，從海藻類提取多糖類物質半乳聚糖；反應階段，利用所述半乳聚糖，通過催化劑轉換反應製造生物燃料。
2.根據權利要求1所述的利用來源於海藻類的半乳聚糖的生物燃料的製造方法，其中，所述生物燃料包括由以下化學式I表示的5-羥基甲基-糠醛和5-烷氧基甲基-2-糠醛中的至少一種，
3.根據權利要求2所述的利用來源於海藻類的半乳聚糖的生物燃料的製造方法，其中，所述生物燃料進一步包括由以下化學式II表示的乙醯丙酸烷基酯，
4.根據權利要求1所述的利用來源於海藻類的半乳聚糖的生物燃料的製造方法，其中，所述海藻類為巨大海藻類。
5.根據權利要求1所述的利用來源於海藻類的半乳聚糖的生物燃料的製造方法，其中，所述半乳聚糖為瓊脂。
6.根據權利要求1至5中的任一項所述的利用來源於海藻類的半乳聚糖的生物燃料的製造方法，其中，在所述反應階段中，同有機酸催化劑、無機酸催化劑、固體酸催化劑和金屬催化劑中的至少一種催化劑一起，將所述半乳聚糖添加至溶劑中，以進行催化劑轉換反應。
7.根據權利要求6所述的利用來源於海藻類的半乳聚糖的生物燃料的製造方法，其中，所述金屬催化劑表示為MXn或者Mfti · H2O,其中M是金屬元素，X是滷元素或者選自三氟甲磺酸鹽、全氟丁基磺酸鹽、甲磺酸鹽、甲苯磺酸鹽和重氮構成的作用基中，η是1至3。
8.根據權利要求7所述的利用來源於海藻類的半乳聚糖的生物燃料的製造方法，其中，所述金屬元素選自 Mn、Ni、Fe、Cr、Cu、Co、Ru、Zn、Al、Ce、La、Nd、Sc、Yb 和 In 構成的組中。
9.根據權利要求6至8中的任一項所述的利用來源於海藻類的半乳聚糖的生物燃料的製造方法，其中，所述催化劑由作為所述固體酸催化劑的固體布朗斯特酸陽離子交換樹脂催化劑和作為所述金屬催化劑的CrCl2混合而成。
10.根據權利要求6所述的利用來源於海藻類的半乳聚糖的生物燃料的製造方法，其中，所述金屬催化劑由以下化學式III表示，且為包括由高分子樹脂、咪唑混合物構成的固體狀咪唑配體，並在所述咪唑配體上配位金屬元素而形成的不均勻金屬催化劑，
11.根據權利要求10所述的利用來源於海藻類的半乳聚糖的生物燃料的製造方法，其中，所述高分子樹脂為聚苯乙烯樹脂。
12.根據權利要求10所述的利用來源於海藻類的半乳聚糖的生物燃料的製造方法，其中，所述金屬元素選自過渡金屬、鹼性金屬、鑭系金屬、水銀構成的組中。
13.根據權利要求6所述的利用來源於海藻類的半乳聚糖的生物燃料的製造方法，其中，所述溶劑為醇、離子液體和質子惰性極性溶劑中的至少一種。
14.根據權利要求6所述的利用來源於海藻類的半乳聚糖的生物燃料的製造方法，其中，對於所述溶劑的半乳聚糖的比率為0. 5-50g/L。
15.根據權利要求1至14中的任一項所述的利用來源於海藻類的半乳聚糖的生物燃料的製造方法，其中，在所述反應階段中的反應溫度為50-200°C。
16.根據權利要求15所述的利用來源於海藻類的半乳聚糖的生物燃料的製造方法，其中，在所述反應階段中的反應時間為1-50小時。化學式III
全文摘要
本發明涉及一種生物燃料製造方法。該方法從能夠以低廉的價格大量供給且能從作為海洋系再生資源的巨大海藻類提取的半乳聚糖，利用催化劑轉換反應，不經糖化過程而只經過單一工序而製造5-羥基甲基-2-糠醛(HMF)、5-烷氧基甲基-2-糠醛及乙醯丙酸烷基酯等石油代替生物燃料。根據本發明，能夠有效地利用作為海洋系生物量資源的巨大海藻類，不會產生像農作物系生物量資源那樣影響穀物價格的問題，且比木質系生物量資源更易於提取碳源。
文檔編號C07D307/50GK102421877SQ201080020561
公開日2012年4月18日 申請日期2010年4月15日 優先權日2009年5月11日
發明者李度勳, 趙鎮玖, 鄭在原, 金博拉, 金相龍 申請人:韓國生產技術研究院