專利名稱：一種雙核離子液體催化纖維素水解制5-羥甲基糠醛的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及離子液體催化纖維素的水解，具體地說(shuō)是ー種雙核磺酸功能化離子液體催化纖維素水解制備5-羥甲基糠醛(HMF)的應(yīng)用。是以對(duì)纖維素有優(yōu)良溶解性能的離子液體[bmim] [Ac]為溶劑，加入Cu2+水溶液，在雙核磺酸功能化離子液體催化下水解纖維素，獲得HMF的方法。
背景技術(shù)：
纖維素是世界上最豐富且廉價(jià)的可再生和可降解的天然高分子，主要來(lái)源于富含纖維的樹木、棉花和農(nóng)作物等，其中木材中含40 % -53%,棉中的纖維素高達(dá)90 %，其年產(chǎn)量超過(guò)了 10X101(lt，而且每年通過(guò)光合作用產(chǎn)生的纖維素達(dá)1000億噸以上，可以看出纖維素是取之不盡、用之不竭的天然可再生資源。但由于纖維素本身存在大量分子間和分子內(nèi) 的氫鍵，導(dǎo)致其很難溶于水和普通的有機(jī)溶剤，更重要的是傳統(tǒng)水解纖維素的方法效率低、弊端多，極大限制了其應(yīng)用，導(dǎo)致到目前為止還沒有實(shí)現(xiàn)真正的エ業(yè)化。因此，找到ー種綠色環(huán)保的溶劑，通過(guò)均相水解才是解決纖維素水解難題的關(guān)鍵。離子液體(Ionic Liquids, ILs)是完全由陽(yáng)離子和陰離子組成并且在室溫或接近室溫時(shí)為液體的熔融鹽體系。離子液體的性質(zhì)，如非揮發(fā)性、寬液程、強(qiáng)的靜電場(chǎng)、良好的導(dǎo)電與寬的電化學(xué)窗ロ、可設(shè)計(jì)性等使其成為研究的熱點(diǎn)。隨著室溫離子液體研究和應(yīng)用的不斷發(fā)展，離子液體的用途在迅速増加，并延伸到了纖維素水解的領(lǐng)域。Zhao等首先發(fā)現(xiàn)，在離子液體中，金屬氯化物能夠有效地將葡萄糖等糖類轉(zhuǎn)化成HMF。研究發(fā)現(xiàn)，此類催化劑中，CrCl2離子液體體系的催化效果最好，在100°C條件下，HMF的產(chǎn)率能達(dá)到70%以上；Sergio Lima等人使用離子液體/酸性離子液體/三氯化鉻這種反應(yīng)體系實(shí)現(xiàn)了從纖維素ー鍋法制備HMF，但是酸性離子液體以及三氯化鉻量加入過(guò)多，雖然轉(zhuǎn)化率很高，產(chǎn)率并不是很好。張宗超等人報(bào)道了使用離子液體作為纖維素的溶劑，使用雙金屬催化劑，在此催化體系中兩種金屬能夠有效的協(xié)同催化纖維素轉(zhuǎn)化為HMF ；Zhao等報(bào)道了在有CrCl3存在的離子液體中，通過(guò)微波輔助實(shí)現(xiàn)了木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化為HMF，產(chǎn)率達(dá)到45-52% ;Chou等在離子液體中分別用FeCl2和MnCl2催化纖維素水解制HMF，產(chǎn)率分別達(dá)34和37% ;Zhang等以I-こ基-3-甲基咪唑氯([emim]Cl)和CrCl2為催化體系，也實(shí)現(xiàn)了從纖維素制備HMF。從以上可以看出，目前制備HMF的主要問(wèn)題在于HMF的過(guò)低，如何提高HMF的產(chǎn)率成為纖維素水解過(guò)程中必須要解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供了一種高效水解纖維素制備HMF的方法，獲得了較高的效率。本發(fā)明提供ー種新型的雙核磺酸功能化離子液體催化劑，其特征在干所述的雙
核磺酸功能化咪唑離子液體是ー種新型催化劑，其結(jié)構(gòu)為
權(quán)利要求
1.ー種酸性雙核磺酸功能化咪唑類離子液體催化劑在高效水解纖維素制備5-羥甲基糠醛(HMF)中的方法，其特征在于以可以高效溶解纖維素的離子液體[bmim] [Ac]為溶剤，加入含Cu2+的水溶液，磺酸功能化酸性雙核離子液體為催化劑，在2 3atm壓カ和氮?dú)獗Ｗo(hù)下于130°C 170°C反應(yīng)I 8h，用冷水猝滅反應(yīng)、堿液中和得到纖維素水解液。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于采用ー種新型酸性雙核磺酸功能化離子液體為催化劑，含有兩個(gè)磺酸基，其結(jié)構(gòu)如下所示。
其
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述含Cu2+的水溶液的物質(zhì)的量為HMF的3 5倍，其濃度為O. 02 O. lmol/L ;催化劑質(zhì)量為纖維素質(zhì)量的3 4倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于在2 3atm壓カ和氮?dú)獗Ｗo(hù)下反應(yīng)得到水解液。
全文摘要
本發(fā)明涉及離子液體催化纖維素水解，具體地說(shuō)是一種雙核磺酸功能化離子液體催化劑在高效水解纖維素中的應(yīng)用。本發(fā)明采用磺酸功能化離子液體催化劑來(lái)制備5-羥甲基糠醛(HMF)以1-丁基-3-甲基咪唑醋酸鹽作為溶劑，加入Cu2+，酸性雙核離子液體為催化劑，在2～3atm壓力和氮?dú)獗Ｗo(hù)下于130℃～170℃反應(yīng)1～8h，用冷水猝滅反應(yīng)、堿液中和得到纖維素水解液，高效液相色譜法測(cè)水解液中HMF的含量。利用該方法纖維素轉(zhuǎn)化率可達(dá)90％，HMF產(chǎn)率可達(dá)55％。，本離子液體水解活性高、可以重復(fù)利用，克服了以往纖維素水解方法中催化活性差、重復(fù)利用率低等問(wèn)題，為解決長(zhǎng)期以來(lái)纖維素利用率低、水解效果差的問(wèn)題開辟了新的途徑。
文檔編號(hào)C07D307/46GK102675264SQ201210159278
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月22日
發(fā)明者丁振東, 施金才, 王海軍 申請(qǐng)人:江南大學(xué)