[00131180]蔗渣木素催化转化制备对乙基苯酚的关键技术研究

1、课题来源与背景 本项目来源自广西科学研究与技术开发计划项目（项目编号：15104001-5）。蔗渣碱法造纸黑液中木素的回收及生物炼制蔗渣木素基酚类化合物的研究是生物质资源化利用中最具有挑战性和最具前途的研究领域之一。蔗渣木素具有优越的结构特性以及绿色、可再生,低成本的优点,随着石油资源的短缺,蔗渣木素作为自然界中唯一能提供可再生芳香基化合物的非石油资源,通过催化法将木质素转化为酚类化合物具有巨大的优势。随着对木素特有的单环芳环基元结构及化学特性的充分认识和相关催化科学技术的发展,由木素制得大宗能源碳基燃料或精细化学品,特别是芳香类化合物不仅可以大大提升生物质的转化效率以及产物附加值,还可以降低更少的废水和二氧化碳排放,减少环境污染,有望成为未来石化芳烃工业的绿色替代技术,受到了各国政府以及科学家的关注,也是目前生物质精炼最重要的方向之一对乙基苯酚（4-乙基苯酚,4-ethylphenol）为无色或白色针状结晶,呈强烈木酚气息,有轻微香甜香气,是GB 2760-2011 规定为允许使用的食品用香料,可用于配制威士忌、朗姆酒、熏猪肉、火腿、咖啡等香精。此外,对乙基苯酚是重要的农药中间体,可生产系列高档、低毒、低残留农药。工业级对乙基苯酚市场价约59,000 元/吨。传统的合成方法中,一是选择性很差,二是使用较贵重的中间体原料,在强酸强碱比较苛刻的条件下转化为目标产物,对设备腐蚀严重。因而,创新性的从蔗渣木素选择性催化转化为对乙基苯酚等芳香类小分子化合物,既减少造纸黑液排放污染,又充分利用木素基本构成单元这一丰富的资源;为实现造纸黑液综合高值化利用和发展新的催化理论和工艺方面也具有重要的指导意义 2、本项目的技术原理及性能指标 ①蔗渣碱法制浆过程中,木质素、半纤维以及残糖等物质可溶解于碱形成黑液,用酸中和造纸黑液过程中,木质素以胶体微粒形式析出,但此时木质素颗粒呈现沉降稳定性不易回收,项目开发了一种利用5羟甲基糠醛交联阳离子淀粉接枝聚丙烯酰胺絮凝剂（CLC-St-PAM）,实现了蔗渣木素的高效回收。②木质素是地球上唯一可提供芳香环的可再生资源,主要由愈创木基丙烷（G）、紫丁香基丙烷（S）和对羟苯基丙烷（H）三种基本结构单元通过C-O-C和C-C键连接而成。通过化学催化法可将木质素间的C-O-C和C-C键切除,降解得到高附加值的酚类化合物。③本项目开发了一种蔗渣碱法造纸黑液分离蔗渣木素的技术,木素的提取率达89.02 %;项目开发了催化蔗渣木素选择性降解为对乙基苯酚的方法,对乙基苯酚的最高收率可达11.58 %,并形成一条中试线,生产对乙基苯酚的能力为1.43吨/年。 3、技术的创造性与先进性 本项目在蔗渣碱法造纸黑液回收木质素、木质素催化降解制备对乙基苯酚中具有一定的创造性,相关的研究工作已公开发表论文6篇,获得了国家发明专利3项。技术的先进性包括：1)造纸黑液回收木质素技术：当前国内对制浆黑液的常规处理方法是浓缩后,以燃烧的方式利用热能,但是此工艺较为复杂,运行成本高,一般中小型企业无法承受。国外则部分企业通过Ligno-Boost Process 回收木质素,但由于回收过程,由于木质素胶体的粘结性,容易堵塞半透膜,更换半透膜的成本较高。本项目开发的5羟甲基糠醛交联阳离子淀粉接枝聚丙烯酰胺絮凝剂（CLC-St-PAM）,在pH值在2~3 范围内仍具有优异絮凝性能的絮凝剂,将此絮凝剂用于处理蔗渣碱法制浆黑液并回收木质素,收到了良好的效果,木质素的回收率可达89%左右。2)蔗渣木质素催化转化制备4乙基苯酚技术：以比表面积、孔体积和孔径分别为0.340 cm3/g,5.888 nm 和341.783 m2的活性炭负载型磷钨酸铯（Cs2.5H0.5PW12O40 /C2）为催化剂,在250°C乙醇-水（v/v=90/10）体系中反应120 min催化IBL降解,4-乙基苯酚的收率最高可达11.58%。 4、技术的成熟程度 目前本技术已完成中试研究。 5、应用情况及存在的问题 该技术已经在广西科学院中试车间搭建了一条中试线,并完成生产对乙基苯酚的能力为1.43吨/年的试验研究。但在本项目技术中,蔗渣木素的催化裂解制备对乙基苯酚需要在有机溶剂及高温高压下完成,制备成本较高,且对仪器设备的要求较为苛刻,生产成本较高,难以进一步放大化推广。 6、历年获奖情况 无