一种木质素催化降解为烷基取代酚类化合物的方法
龚毓铭
-/生物与新医药
随着社会和经济的不断发展，对能源的需求日渐增加，而化石能源作为一种不可再生能源则日渐枯竭，开发可再生能源以部分替代化石能源成为人们越来越关注的课题。造纸工业排放大量腥臭、有毒的黑液，其主要成分是半纤维素和微生物无法代谢的木质素，据估计，我国造纸工业每年排放的木质素高达4000万吨。目前处理造纸黑液的主要方法是浓缩后与发电厂的煤粉混合烧掉，我国目前仍有95％以上的木质素和半纤维素随未经处理的造纸黑液排放，成为我国内陆水体的最大污染源之一。因此，对造纸黑液中木质素的研究开发和综合利用成为一项具有重要社会效益和经济效益的工作。木质素是由多个苯丙烷结构单元（主要是愈创木基结构、紫丁香基结构和对羟苯基结构）组成的一种复杂酚类聚合物，各结构单元之间的联接主要是以C-O-C键和C-C键的方式，其中C-O-C键超过2/3，C-O-C键又分为β-O-4型、α-O-4型、4-O-5型等，而β-O-4型的连接方式是最普遍的联接方式，占到50%，对这样的酚类聚合物进行相应的热处理（降解、液化等），使其结构中的C-O键尤其是β-O-4键选择性断裂，则会产生碳原子数分布在6-10之间的单酚类化合物，而酚类化合物可以进一步转化为醇类和烃类，这对于蔗渣木质素的大规模利用是一条非常有前景的途径。木质素催化转化过程是解聚和缩聚同时进行的反应，提高木质素高转化率及酚类物质高选择性的关键是控制缩聚反应的进行，项目拟通过调节木质素催化转化的反应参数（包括溶剂体系的选择，催化剂的选择，反应温度的选择，等），以求获得一种高效的催化体系，实现温和条件下木质素高选择性的转化为酚类物质的新工艺。本项目通过将木质素、催化剂和醇类溶剂混合后，升温至250-450℃，在10-14MPa压力下，木质素降解为烷基取代酚类化合物，所采用的催化剂是(5%Mo)-Al2O3-ZrO2。通过本项目的实施，实现了在最优条件即反应温度350℃，反应时间45min,反应溶剂是异丙醇的情况下，木质素最大转化率达到78.9%，烷基取代酚收率31.9%。通过本项目的实施，可提供一种可再生能源部分代替石化能源的途径，同时，对于建立资源节约型、环境友好型社会也会有着重大的意义。
