Selective utilization of formaldehyde stabilizing additive and methoxy groups in lignin for the production of high-carbon-number arenes  

利用甲醛稳定剂和木质素中甲氧基从木质素选择性制备高碳数芳烃

作　　者：Lin Dong Zhiqiang Fang Qianbo Yuan Yong Fan Yong Yang Ping Wang Shixiong Sheng Yanqin Wang Zupeng Chen 董琳;方志强;袁乾博;樊勇;杨勇;王平;盛时雄;王艳芹;陈祖鹏(南京林业大学化学工程学院,林业资源高效加工利用协同创新中心,林产化学与材料国际创新高地,江苏南京210037;华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室,广东广州510640;菲立化学工程(遂昌)有限公司,浙江遂昌323316;德华兔宝宝装饰新材股份有限公司,浙江湖州313200;华东理工大学化学与分子工程学院工业催化研究所,费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心,结构可控分子工程国际合作联合实验室,上海200237)

机构地区：[1]Jiangsu Co-Innovation Center of Efficient Processing and Utilization of Forest Resources,International Innovation Center for Forest Chemicals and Materials,College of Chemical Engineering,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,Jiangsu,China [2]State Key Laboratory of Pulp and Paper Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 510640,Guangdong,China [3]Feili Chemical Engineering(Zhejiang Suichang)Co.Ltd.,Suichang 323316,Zhejiang,China [4]Dehua TB New Decoration Material Co.,Ltd,Huzhou 313200,Zhejiang,China [5]Key Laboratory for Advanced Materials and Joint International Research Laboratory of Precision Chemistry and Molecular Engineering,Feringa Nobel Prize Scientist Joint Research Center,Research Institute of Industrial Catalysis,School of Chemistry and Molecular Engineering,East China University of Science and Technology,Shanghai 200237,China

出　　处：《Chinese Journal of Catalysis》2025年第1期356-365,共10页催化学报(英文)

基　　金：国家重点研发项目(2023YFD2200505);国家自然科学基金(22202105,22002043);江苏省高等学校自然科学基金(21KJA150003);江苏省双创团队(JSSCTD202345);中国博士后科学基金(2023M731703,2024T170415);制浆造纸工程国家重点实验室开放基金资助项目(202414).

摘　　要：Many strategies have been proposed to produce arenes from lignin as liquid fuel additives.However,the development of these methods is limited by the low yield of products,low atom utilization,and inefficient lignin depolymerization.Herein,we develop an energy-efficient synthetic method for the production of high-carbon-number arenes from sustainable lignin with a total yield of 23.1 wt%.Particularly,high carbon number arenes are obtained by fully utilizing the formaldehyde stabilizing additive and the methoxy group in lignin.The process begins with the reductive depolymerization of formaldehyde-stabilized lignin,followed by transmethylation between lignin monomers over Au/Nb2O5 catalyst,and the Ru/Nb2O5-catalyzed hydrodeoxygenation.This work demonstrates the potential of value-added arenes production directly from lignin.高碳数芳烃是一类重要的航空煤油组分,具有较高的沸点和熔点,较低的挥发性,可以显著提高油品的质量.传统的高碳数芳烃来自于不可再生的化石能源,常常伴随着温室气体排放和环境污染.从可再生的生物质资源出发,催化转化制备高碳数芳烃,是一条清洁绿色的工艺路线.木质素作为生物质的三大组分之一,是由芳香族化合物通过碳-氧和碳-碳键连接而成的高聚物,可以作为生产高碳芳烃的潜在资源.因此,本文利用甲醛稳定剂和木质素中的甲氧基,提出了一条从木质素选择性制备高碳数芳烃的高效合成方法.本文发展了以木质生物质为原料,串联多步催化转化过程,定向制备高碳数芳烃的反应策略.芳烃的碳数增长来自于甲醛稳定剂和木质素本身的甲氧基,实现了较高的原子利用率和质量收率.首先,探究了木质纤维素中分离木质素以及木质素还原解聚的过程.研究结果发现,醛类稳定剂可以显著提高木质素的质量得率,有效避免木质素中的聚合反应,进而提高木质素解聚产物的收率.甲醛稳定剂不仅可以提高产品收率,而且可以发生烷基化反应提高产物的碳数,是本文反应路线中最优的稳定剂,木质素质量得率可达20.4wt%.在木质素的还原解聚反应中,采用Ni/C为催化剂,可以实现木质素单体之间碳-氧键以及单体中脂肪醇的高效氢解,单体收率最高可达46.6%.该反应体系在不同来源的木质纤维素中均表现出较好的催化性能.其次,以木质素还原解聚产物为原料,利用本身的甲氧基官能团,通过转甲基反应,制备得到高碳数的酚类化合物.探究了溶剂效应和催化剂载体对反应的作用机制,二氧六环溶剂由于其恰当的极性和溶解性,表现出最佳的催化性能;Au/Nb_(2)0_(5)催化剂具有最佳的催化效果,在300℃反应10h,烷基化产物的总收率可达66.9%.该催化体系适用于多种木质素解聚产物和烷�

关 键 词：LIGNIN Arene TRANSMETHYLATION HYDRODEOXYGENATION Liquid fuel additive 

分 类 号：F42[经济管理—产业经济]