CN112645962A - 一种制备左旋葡萄糖酮的方法 - Google Patents

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袁浩然
张军
李承宇
顾菁
王舒笑
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Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory Guangzhou
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Abstract

本发明公开了一种制备左旋葡萄糖酮的方法。本发明方法包括以下步骤：将废弃强酸性大孔树脂Amberlyst‑15和纤维素粉按质量比0.1～1:1研磨混合，在无氧环境、250～450℃下进行共热解，制备得到左旋葡萄糖酮。本发明将废弃强酸性大孔树脂Amberlyst‑15和纤维素进行共热解处置，既能够促进纤维素向左旋葡萄糖酮的选择性转化，又能够实现废弃树脂类高聚物的绿色资源化利用与处置。本方法简单、易行，可进一步推广应用于其它木质纤维类生物质资源的热解转化以及废弃树脂的绿色资源化再利用与协同处置。

Description

一种制备左旋葡萄糖酮的方法
技术领域
本发明属于固体废物综合利用领域，具体涉及一种制备左旋葡萄糖酮的方法。
背景技术
强酸性大孔树脂属于功能高分子有机聚合物的一种，已被广泛应用于废水处理、医药工业、化学工业、分析化学等领域。一般来说，树脂类有机聚合物经过反复再生使用后，骨架发生坍塌，且骨架中的部分功能性基团发生脱落，引起吸附、分离或催化性能显著下降，难以再利用。目前，对工业生产中废弃的大孔树脂处置方式以直接焚烧和垃圾填埋场填埋为主，而对其结构中残留功能性基团的再利用尚未见明显报道。另一方面，我国每年产生数十亿吨的农林废弃生物质，其主要组分构成为纤维素、半纤维素和木质素。当前通过采用生物或化学手段可将这些木质纤维类原料转化为各类高值化学品，其中采用热解方式制备高附加值左旋葡萄糖酮引起研究人员极大兴趣。左旋葡萄糖酮是纤维素热解形成的一种脱水糖类产物，因其分子中具有6,8-二氧二环[3.2.1]辛烷的烯酮体系、酮基及缩醛结构，可用于合成各类生物活性非糖化合物。近期研究人员分别开发了一系列催化剂用于生物质热解转化制备左旋葡萄糖酮，包括硫酸、磷酸、硫酸铁、功能化离子液体以及固体超强酸等。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的上述不足，提供一种利用废弃强酸性大孔树脂与纤维素低温快速共热解制备左旋葡萄糖酮的方法。
生物质热解转化制备左旋葡萄糖酮的反应中，左旋葡萄糖酮的生成主要依赖于催化剂结构中的酸性活性位点，而废弃大孔树脂Amberlyst-15结构中仍具有部分强酸性磺酸基团。本发明利用废弃树脂结构特点，采用热解方式将纤维素与废弃大孔树脂Amberlyst-15进行协同处置，不仅可以将纤维素选择性转化合成左旋葡萄糖酮，也实现了对废弃强酸性大孔树脂Amberlyst-15的绿色资源化利用与协同处置。
本发明的制备左旋葡萄糖酮的方法，包括以下步骤：
将废弃强酸性大孔树脂Amberlyst-15和纤维素粉按质量比0.1～1:1研磨混合，在无氧环境、250～450℃下进行共热解，制备得到左旋葡萄糖酮。
优选，所述的纤维素粉为100～400目粒径的微晶纤维素。
优选，所述的无氧环境是氮气、氩气或氦气气氛。
优选，所述的共热解，升温至设定热解温度的升温速率为102～104℃/s。
优选，所述的共热解的时间为20s。
本发明的有益效果为：
本发明将废弃强酸性大孔树脂Amberlyst-15和纤维素进行共热解处置，既能够促进纤维素向左旋葡萄糖酮的选择性转化，又能够实现废弃树脂类高聚物的绿色资源化利用与处置。特别地，废弃强酸性大孔树脂可在低温热解过程重复使用至基本无催化活性，此时可提高热解温度将其进一步转化为生物炭材料，以用于其他用途。此外，本发明方法简单、易行，可进一步推广应用于其它木质纤维类生物质资源的热解转化以及废弃树脂的绿色资源化再利用与协同处置。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
本发明提供一种利用废弃强酸性大孔树脂与纤维素低温快速共热解制备左旋葡萄糖酮的方法，下面结合具体实施例来对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
以下实施例中所用的废弃强酸性大孔树脂Amberlyst-15来自于酯化、水解反应过程产生的废弃强酸性大孔树脂Amberlyst-15颗粒状催化剂，使用前对其进行105℃烘干处理。
实施例1
将废弃强酸性大孔树脂Amberlyst-15与100目微晶纤维素以质量比1:1进行均匀研磨混合，在热解温度400℃、升温速率104℃/s、热解气氛为氩气的条件下进行共热解，热解时间20s；通过气相色谱-质谱联用仪分析热解产物中左旋葡萄糖酮的相对含量，计算得到热解产物中左旋葡萄糖酮的相对含量为60.2％。
实施例2
将废弃强酸性大孔树脂Amberlyst-15与400目微晶纤维素以质量比0.1:1进行均匀研磨混合，在热解温度250℃、升温速率102℃/s、热解气氛为氮气的条件下进行共热解，热解时间20s；通过气相色谱-质谱联用仪分析热解产物中左旋葡萄糖酮的相对含量，计算得到热解产物中左旋葡萄糖酮相对含量为23.0％。
实施例3
将废弃强酸性大孔树脂Amberlyst-15与200目微晶纤维素以质量比0.7:1进行均匀研磨混合，在热解温度350℃、升温速率103℃/s、热解气氛为氦气的条件下进行共热解，热解时间20s；通过气相色谱-质谱联用仪分析热解产物中左旋葡萄糖酮的相对含量，计算得到热解产物中左旋葡萄糖酮的相对含量为52.1％。
实施例4
将废弃强酸性大孔树脂Amberlyst-15与200目微晶纤维素以质量比0.3:1进行均匀研磨混合，在热解温度400℃、升温速率104℃/s、热解气氛为氩气的条件下进行共热解，热解时间20s；通过气相色谱-质谱联用仪分析热解产物中左旋葡萄糖酮的相对含量，计算得到热解产物中左旋葡萄糖酮的相对含量为45.4％。
实施例5
将废弃强酸性大孔树脂Amberlyst-15与300目微晶纤维素以质量比0.5:1进行均匀研磨混合，在热解温度400℃、升温速率102℃/s、热解气氛为氩气的条件下进行共热解，热解时间20s；通过气相色谱-质谱联用仪分析热解产物中左旋葡萄糖酮的相对含量，计算得到热解产物中左旋葡萄糖酮的相对含量为43.7％。
实施例6
将废弃强酸性大孔树脂Amberlyst-15与100目微晶纤维素以质量比0.2:1进行均匀研磨混合，在热解温度300℃、升温速率104℃/s、热解气氛为氮气的条件下进行共热解，热解时间20s；通过气相色谱-质谱联用仪分析热解产物中左旋葡萄糖酮的相对含量，计算得到热解产物中左旋葡萄糖酮的相对含量为30.9％。
实施例7
将废弃强酸性大孔树脂Amberlyst-15与200目微晶纤维素以质量比1:1进行均匀研磨混合，在热解温度450℃、升温速率103℃/s、热解气氛为氩气的条件下进行共热解，热解时间20s；通过气相色谱-质谱联用仪分析热解产物中左旋葡萄糖酮的相对含量，计算得到热解产物中左旋葡萄糖酮的相对含量为46.5％。
实施例8
将废弃强酸性大孔树脂Amberlyst-15与100目微晶纤维素以质量比0.9:1进行均匀研磨混合，在热解温度400℃、升温速率104℃/s、热解气氛为氩气的条件下进行共热解，热解时间20s；通过气相色谱-质谱联用仪分析热解产物中左旋葡萄糖酮的相对含量，计算得到热解产物中左旋葡萄糖酮的相对含量为54.4％。
实施例9
将按实施例1方法中使用两次后的废弃强酸性大孔树脂Amberlyst-15与100目微晶纤维素以质量比1:1再次进行均匀研磨混合，在热解温度400℃、升温速率104℃/s、热解气氛为氩气的条件下进行共热解，热解时间20s；通过气相色谱-质谱联用仪分析热解产物中左旋葡萄糖酮的相对含量，计算得到热解产物中左旋葡萄糖酮的相对含量为34.0％。
上述结果说明，废弃强酸性大孔树脂Amberlyst-15在低温热解过程重复使用后，仍具有较好的催化活性。

Claims (5)

1.一种制备左旋葡萄糖酮的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将废弃强酸性大孔树脂Amberlyst-15和纤维素粉按质量比0.1～1:1研磨混合，在无氧环境、250～450℃下进行共热解，制备得到左旋葡萄糖酮。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的纤维素粉为100～400目粒径的微晶纤维素。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的无氧环境是氮气、氩气或氦气气氛。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的共热解，升温至设定热解温度的升温速率为102～104℃/s。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的共热解的时间为20s。
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