一种全链条闭环的5-羟甲基糠醛制备方法与流程

本发明涉及生物质资源利用领域以及腐殖酸肥料应用领域，本发明公开了一种全链条闭环的5-羟甲基糠醛(hmf)制备方法。

背景技术：

1、hmf是一种重要的平台化合物，可以通过氧化反应，获得2，5-呋喃二甲酸，其有望替代对苯二甲酸，因此使hmf成为了可以沟通生物质资源与石油资源的桥梁，有望通过hmf的规模化应用实现生物基材料对于石油基材料的替代，进而缓解环境问题以及人们对于能源危机的焦虑。目前hmf主要来源于果糖或者葡萄糖的脱水，而果糖和葡萄糖主要来源于玉米淀粉，因此hmf生产面临着“与人争粮”的问题，因此开发非粮生物质作为原料，来制备hmf具有及其深远的意义。

2、以非粮作物为原料，需要经过生物质的预处理过程，而在提取糖浆液体的同时，势必会产生生物质残渣，该部分生物质渣往往直接转交给当地的牛羊养殖户，混入牛羊饲料直接消耗。生物质渣没有得到高附加值的利用，并且如果当地牛羊养殖户较少，将会导致生物质渣难以处理，将会在生物质预处理阶段产生额外的固废处理费用。提高非粮生物质转化制备hmf的成本。

3、在hmf制备过程中，多糖水解、葡萄糖异构化、果糖脱水等过程都会产生副产物，且在反应过程中还会发生一系列的缩聚反应，得到大量腐殖酸类的副产物，这些副产的腐殖酸类中同时含有hmf制备过程中的引入的催化剂以及乙酰丙酸、和未转化掉的糖。这些腐殖酸以及其他副产物主要存在于hmf制备过程中的水相副产物中，这些水相副产物往往通过无害化或者直接当作危废处理，这种处理方式既增加了hmf制备的成本，同时又增加了环保的压力，又降低了腐殖酸副产物的使用价值。

4、为了解决这些问题，本发明开创了一种全链条闭环的hmf制备方法，该方法从种植非粮作物开始，以可再生的非粮作物替代化石资源。通过开发生物质预处理产生的生物质渣以及生产hmf副产水相的资源化利用，构建了零排放的hmf制备系统。在避免“与人争粮”的前提下，以可再生的非粮生物质为原料，资源化利用hmf制备过程中的副产物，并最终促进非粮生物质种植，极大的降低了hmf制备成本，通过农业以及工业的有机结合，使得全链条闭环制备hmf的方法具有良好的工业化前景。

技术实现思路

1、(1)要解决的技术问题

2、针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的构建一条全链条闭环hmf制备的路线，依靠农业以及工业的有机结合，通过hmf制备过程中副产物的资源化，降低hmf生产成本，并降低hmf生产过程的排放。

3、(2)技术方案

4、为了解决上述问题，一种全链条闭环的5-羟甲基糠醛制备方法，其特征在于：

5、1)种植非粮生物质，以收获得到的非粮生物质为原料，通过生物质的预处理加工，获得多糖溶液以及生物质渣；

6、2)将生物质渣烘干再混合以其它辅料，制备成可供猪牛羊等食用的饲料。

7、3)获得的多糖溶液经过酸催化下，在水相与有机溶剂二元单相或者多相体系中转化获得5-羟甲基糠醛，副产的含有腐殖酸的水相液体经一系列处理制备成肥料，并将获得的肥料用于促进种植的非粮生物质的生长。

8、进一步地，本发明中涉及的非粮生物质包括但不限于牛蒡、菊芋、菊苣、甜菜、木薯、甘蔗等。

9、进一步地，本发明中涉及的生物质预处理过程为将非粮作物清洗后粉碎或者切丝，之后以水作为溶剂，在60-90℃下提取15分钟至480分钟，经过固液分离后获得多糖溶液以及生物质渣。

10、进一步地，本发明中混合的其他辅料包括但不限于大豆粕、菜籽粕、碳酸氢钙、氯化胆碱、5-羟甲基糠醛、淀粉、豆粉、熟玉米粉、石粉、动物油、蛋氨酸、赖氨酸、麸皮、菜粕。

11、进一步地，本发明中所述多糖溶液包括但不限于菊糖溶液、多聚果糖溶液、多聚葡萄糖溶液、麦芽糖溶液、蔗糖溶液、淀粉溶液等。

12、进一步地，本发明中的酸为布朗斯特酸或路易酸与布朗斯特酸混合酸，所述路易斯酸包括但不限于氯化铝、氯化铬、氯化钒、氯化铜、氯化铁、氯化镍等，布朗斯特酸包括但不限于磷酸、硝酸、盐酸、硫酸等。

13、进一步地，本发明中所述有机溶剂包括但不限于二甲基亚砜、四氢呋喃、乙酸乙酯、异丙醇、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、1，4二氧六环、丙酮、甲基叔丁基醚、甲基异丁基酮等。

14、进一步地，本发明中所述的多糖溶液转化制备5-羟甲基糠醛的反应温度为110-180℃，反应时间为0.5-24h。

15、进一步地，本发明中制备5-羟甲基糠醛副产的水相副产物，经由固液分离或浓缩，获得高浓的腐殖酸液体或者腐殖酸固体，添加保水剂、无机肥料或保水剂、无机肥料及微生物菌剂，获得液体或固体的肥料。

16、更进一步地，本发明中限定了生物质预处理过程获得的生物质渣通过发酵烘干并混以其他辅料，配置成饲料由牛羊等牲畜消耗掉。5-羟甲基糠醛制备过程副产的水相腐殖酸，经过固液分离或浓缩，获得液体或固体肥料，返回到非粮生物质种植土地，从而构建全链条闭环的hmf生产过程。

17、(3)有益效果

18、本发明上述技术方案具有如下优点：

19、1、以非粮生物质为原料，制备hmf，实现了可再生资源对于化石资源的替代，同时又避免了工业生产“与人争粮”的问题。

20、2、通过生物质预处理过程中产生的生物质渣的资源化利用，提高了生物质渣的利用价值，同时降低了hmf的生产成本。

21、3、通过水相副产物的资源化利用以及返还生物质种植，降低了hmf制备过程的排放，并进一步降低了hmf制备成本。

22、4、构架生物质种植、生物质预处理、生物质渣资源化以及多糖转化制备hmf、水相副产制备肥料并应用于促进生物质生长的闭环全链条hmf制备路线，实现了农业与工业的有机结合，建立了零排放、环境友好且生产成本较低的hmf制备体系。

技术特征：

1.一种全链条闭环的5-羟甲基糠醛制备方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种全链条闭环的5-羟甲基糠醛制备方法，其特征在于：所述的非粮生物质包括但不限于牛蒡、菊芋、菊苣、甜菜、木薯、甘蔗。

3.根据权利要求1所述的一种全链条闭环的5-羟甲基糠醛制备方法，其特征在于：所述简易的预处理过程为，将非粮作物清洗后粉碎或者切丝，之后以水作为溶剂，在60-90℃下提取15分钟至480分钟，经过固液分离后获得多糖溶液以及生物质渣。

4.根据权利要求1所述的一种全链条闭环的5-羟甲基糠醛制备方法，其特征在于：发酵的生物质渣中混合的其他辅料包括但不限于大豆粕、菜籽粕、碳酸氢钙、氯化胆碱、5-羟甲基糠醛、淀粉、豆粉、熟玉米粉、石粉、动物油、蛋氨酸、赖氨酸、麸皮、菜粕。

5.根据权利要求1所述的一种全链条闭环的5-羟甲基糠醛制备方法，其特征在于：所述的多糖溶液包括但不限于菊糖溶液、多聚果糖溶液、多聚葡萄糖溶液、麦芽糖溶液、蔗糖溶液、淀粉溶液。

6.根据权利要求1所述的一种全链条闭环的5-羟甲基糠醛制备方法，其特征在于：酸为布朗斯特酸或布朗斯特酸与路易酸的混合酸，所述路易斯酸包括但不限于氯化铝、氯化铬、氯化钒、氯化铜、氯化铁、氯化镍，布朗斯特酸包括但不限于磷酸、硝酸、盐酸、硫酸。

7.根据权利要求1所述的一种全链条闭环的5-羟甲基糠醛制备方法，其特征在于：所述有机溶剂包括但不限于二甲基亚砜、四氢呋喃、乙酸乙酯、异丙醇、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、1，4二氧六环、丙酮、甲基叔丁基醚、甲基异丁基酮。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种全链条闭环的5-羟甲基糠醛制备方法，其特征在于转化温度为110-180℃，反应时间为0.5-24h。

9.根据权利要求1所述的一种全链条闭环的5-羟甲基糠醛制备方法，其特征在于：副产的含有腐殖酸的水相液体经由固液分离或浓缩，获得高浓的腐殖酸液体或者腐殖酸固体，添加保水剂、无机肥料或微生物菌剂中的至少两种，获得液体或固体的肥料。

10.根据权利要求1所述的一种全链条闭环的5-羟甲基糠醛制备方法，其特征在于：生物质预处理过程获得的生物质渣通过发酵烘干并混以其他辅料，配置成饲料由牛羊等牲畜消耗掉；5-羟甲基糠醛制备过程副产的水相腐殖酸，经过固液分离或浓缩，获得液体或固体肥料，返回到非粮生物质种植土地，从而构建全链条闭环的hmf生产过程。

技术总结本发明提供了一种全链条闭环的5‑羟甲基糠醛(HMF)制备方法，涉及生物质资源利用领域。该方法通过种植非粮生物质，并以非粮生物质为原料，经过简易预处理后获得多糖溶液，并同时副产生物质渣，多糖溶液经过化学转化制备得到HMF，生物质渣经过烘干发酵再混合其他配料制成饲料。在HMF制备过程中副产的水相中含有一定量的腐殖酸，经过固液分离，混合以其他添加剂配置成腐殖酸基肥料，并应用于生物质的种植提高生物质的产量。通过HMF生产全过程中的副产物的全组分利用，结合非粮生物质的种植，构建全链条闭环的HMF的生产过程，实现工业与农业的有机结合以及低碳绿色循环的生物基材料生态。技术研发人员：夏至,张义斌,蒋志杰,张宇受保护的技术使用者：中科国生（杭州）科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14