CN110642812A - 一种H-Beta催化玉米秸秆制备5-羟甲基糠醛的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物质化工领域，特别涉及一种H‑Beta催化玉米秸秆制备5‑羟甲基糠醛的方法。该方法主要包括以下步骤：玉米秸秆、H‑Beta和γ‑戊内酯/水溶剂按照一定质量比加入反应釜中，在电加热130～190℃温度条件下，磁力搅拌反应1～8h，反应结束后，冷却至室温，通过离心进行固液分离即得。该方法使用H‑Beta联合γ‑戊内酯/水溶剂的反应方法，具有催化活性高、产物分离简单、催化剂和溶剂易回收，环境友好等优点，整个方法操作简单，易于操作，具有良好的应用前景。

Description

一种H-Beta催化玉米秸秆制备5-羟甲基糠醛的方法
技术领域
本发明涉及一种H-Beta催化玉米秸秆制备5-羟甲基糠醛的方法，属于生物质化工技术领域。
背景技术
5-羟甲基糠醛分子式为C6H6O3，相对分子量126.1，浅黄色，是其分子中含有一个呋喃环、一个羟甲基和醛基，使其具有良好的反应活性，能够用来制备多种衍生物，如2，5-二甲基呋喃、乙酰丙酸和2，5-二呋喃二羧酸等，还能够用于合成呋喃树脂和呋喃沥青胶泥等呋喃类产品。因此，5-羟甲基糠醛作为一种重要的精细化合物，在精细化工和制药等领域中广泛应用。
制取5-羟甲基糠醛的方法主要以葡萄糖、果糖、淀粉、纤维素等为原料，采用浓硫酸为催化剂制得5-羟甲基糠醛。利用浓硫酸制备5-羟甲基糠醛具有时间短、产率高等优点，但是存在设备腐蚀严重、工艺复杂、副产物多、催化剂回收困难和污染环境等问题，整个工艺流程对设备质量要求高且产生大量酸性废液和含硫固废，尽管水解反应能够正常有效进行，但是从整个生产工艺环保性、经济性和生态性上分析并不适合大规模生产，且不符合绿色化工的要求。
γ-戊内酯是一种生物质衍生的绿色溶剂，具有熔点低、沸点高、稳定性好等特点，能够促进玉米秸秆转化为5-羟甲基糠醛。在γ-戊内酯/水混合溶剂中，通过H-Beta分子筛自身酸性位点催化，实现了5-羟甲基糠醛清洁生产，大幅减少了废酸、废水与废气的产生，且催化剂与目标产物分离、目标产物与溶剂分离操作简便，易实施，可操行强。
发明内容
本发明的目的是提供一种H-Beta催化玉米秸秆制备5-羟甲基糠醛的方法。
本发明技术方案概述如下：
(1)将玉米秸秆、H-Beta和γ-戊内酯-水溶液混合，放入反应釜中，在温度120～200℃条件下，搅拌反应1～8h；(2)反应结束后，水浴冷却至室温，通过离心进行固液分离即得。
上述5-羟甲基糠醛制备步骤中所用玉米秸秆为青贮玉米秸秆。
上述5-羟甲基糠醛制备步骤中所用的催化剂H-Beta采用混合模板剂方法合成。
上述5-羟甲基糠醛制备步骤中玉米秸秆与H-Beta质量比为(0.2～20)∶1，γ-戊内酯与水的体积比为(1～30)∶1，玉米秸秆与γ-戊内酯/水混合溶剂料液比(质量g∶体积ml)为1∶(40～120)。
上述5-羟甲基糠醛制备步骤中搅拌速率为500～1000转/分。
本发明的显著优点是：
该方法生产5-羟甲基糠醛对设备腐蚀性低，在普通水热反应釜中即可实施，操作简单，催化剂稳定性高，可循环利用。整个反应条件较为温和，后期产物与催化剂分离容易，且5-羟甲基糠醛得率高，溶剂易回收，能够满足绿色化学的要求，具有良好的应用前景。
具体实施方式
下面将以具体的实施例来对本发明作进一步详细的描述，但本发明的保护范围不局限于这些具体实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的范围内。
实施例1：
(1)1.0g玉米秸秆粉末、1.0g H-Beta分子筛、16mlγ-戊内酯与水体积比5∶5混合溶液放入50ml反应釜中，在温度145℃条件下，以磁力搅拌速率500转/分反应0.5h。
(2)反应结束后，冷却至室温，通过离心分离固液，可得5-羟甲基糠醛产率为58％。
实施例2：
(1)1.0g玉米秸秆粉末、1.5g H-Beta分子筛、16mlγ-戊内酯与水体积比6∶4混合溶液放入50ml反应釜中，在温度155℃条件下，以磁力搅拌速率600转/分反应1h。
(2)反应结束后，冷却至室温，通过离心分离固液，可得5-羟甲基糠醛产率为62％。
实施例3：
(1)1.0g玉米秸秆粉末、2.0g H-Beta分子筛、16mlγ-戊内酯与水体积比7∶3混合溶液放入50ml反应釜中，在温度145℃条件下，以磁力搅拌速率800转/分反应1.5h。
(2)反应结束后，冷却至室温，通过离心分离固液，可得5-羟甲基糠醛产率为66％。
实施例4：
(1)依次称取1.0g玉米秸秆粉末、3.0g H-Beta分子筛、16mlγ-戊内酯与水体积比8∶2混合溶液放入50ml反应釜中，在温度155℃条件下，以磁力搅拌速率550转/分反应2h。
(2)反应结束后，冷却至室温，通过离心分离固液，可得5-羟甲基糠醛产率为68％。

Claims (4)

1.一种H-Beta催化玉米秸秆制备5-羟甲基糠醛的方法，其特征是包括如下特征步骤：
(1)将玉米秸秆、H-Beta和γ-戊内酯-水溶液混合，放入反应釜中，在温度130～190℃条件下，搅拌反应1～8h；
(2)待反应结束后，冷却至室温，通过离心进行固液分离即得。
2.根据权利要求1所述的H-Beta催化玉米秸秆制备5-羟甲基糠醛的方法，其特征在于，所述的H-Beta分子筛采用混合模板剂合成。
3.根据权利要求1所述的H-Beta催化玉米秸秆制备5-羟甲基糠醛的方法，其特征在于，所述步骤(1)中玉米秸秆与H-Beta质量比为(0.2～20)∶1，γ-戊内酯与水的体积比为(1～30)∶1，玉米秸秆与γ-戊内酯-水溶液料液比(质量g∶体积ml)为1∶(40～120)。
4.根据权利要求1所述的H-Beta催化玉米秸秆制备5-羟甲基糠醛的方法，其特征在于，所述步骤(1)磁力搅拌速率为500～1000转/分。
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