本发明属于生物质化工领域，涉及一种杂多酸催化微晶纤维素制备乙酰丙酸的方法。
背景技术：
乙酰丙酸是一种重要的平台化合物，其具有羧酸和酮的性质，因此具有良好的化学反应性，能够进行氯化、酯化、加氢、取代、聚合、氧化还原等反应，广泛应用于树脂、医药品、橡胶和塑料助剂、燃料添加剂、灭草剂、香味剂、表面活性剂等化合物和新型高分子合成。目前，乙酰丙酸生产主要工艺为生物质直接水解法，该法的原理是以生物质为原料，在高温条件下，利用酸或碱催化生物质水解为单糖，单糖脱水形成5-羟甲基糠醛，继续脱羧生成乙酰丙酸。该法的优点是原料来源广且价格低，工艺流程简单，易于操作，但是仍存在酸污染、反应温度高和产率低等问题。
杂多酸是一类由氧原子桥接金属原子形成的具有酸性、氧化还原性和热稳定性的绿色金属氧簇功能催化剂。微晶纤维素是生物质资源重要形式之一，γ-戊内酯是应用在生物质转化为平台化合物的反应过程中理想的可持续的石油衍生溶剂替代品。研究以微晶纤维素为原料，在γ-戊内酯-水混合溶液中，利用杂多酸催化反应生成乙酰丙酸，能够降低反应温度，提高产物得率，减少对环境破坏，环境友好且生产成本低，易于产业化推广实施，符合当今绿色化工发展方向。
技术实现要素：
为解决环境污染和反应能耗高的问题，本发明提供了一种杂多酸催化微晶纤维素制备乙酰丙酸的方法，目的在于充分利用农林秸秆类微晶纤维素生物质资源，降低能耗、减少污染、提高产率和节约成本，增加经济效益、生态效益和社会效益。
为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种杂多酸催化微晶纤维素制备乙酰丙酸的方法，包括以下步骤：
(1)将微晶纤维素与杂多酸按照质量比1∶5～10∶1加入反应釜中；
(2)向反应釜中加入10～100倍微晶纤维素的γ-戊内酯-水混合溶液，然后将盛有反应物的反应釜在搅拌下置于110℃～180℃反应1～8h；
(3)反应结束后，冷却至20℃，将固液分离并纯化即可得到产物乙酰丙酸。
根据上文所述的技术方案，步骤(1)所述微晶纤维素为玉米秸秆微晶纤维素、水稻秸秆微晶纤维素、小麦秸秆微晶纤维素和棉花秸秆纤维素中的一种或多种。
根据上文所述的技术方案，步骤(1)所述杂多酸为负载型磷钼酸、负载型磷钨酸和负载型硅钨酸中的一种或多种。其中负载载体为二氧化钛-二氧化锆复合金属氧化物。
根据上文所述的技术方案，步骤(2)所述γ-戊内酯-水混合溶液按照体积比1∶10～25∶1配置。
根据上文所述的技术方案，步骤(2)所述搅拌速率为300～450转/分。
根据上文所述的技术方案，步骤(3)所述分离方法是高速离心或减压过滤。
根据上文所述的技术方案，步骤(3)所述纯化方法是将分离后的溶液进行减压蒸馏得到乙酰丙酸。
与现有技术相比，本发明的显著优点是：
本发明选用的负载型杂多酸催化剂和反应溶剂γ-戊内酯均为绿色化学品，对环境污染破坏小。本发明中利用秸秆类微晶纤维素为原料，提高了农林废弃秸秆附加值，增强了经济效益和社会效益。本发明中生产工艺流程简单，可操行强，易于实施，反应温和，乙酰丙酸得率高，产物应用广，具有较好的应用前景。
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。
实施例1：
(1)将玉米秸秆微晶纤维素与负载二氧化钛-二氧化锆复合金属氧化物磷钼酸按照质量比1∶1加入反应釜中；
(2)向反应釜中加入25倍玉米秸秆微晶纤维素γ-戊内酯-水混合溶液，其中γ-戊内酯与水体积比为1∶10，然后将盛有反应物的反应釜在300转/分搅拌下置于150℃反应4h；
(3)反应结束后，冷却至20℃，用高速离心法将固液分离，分离后溶液进行减压蒸馏纯化，乙酰丙酸产物得率为62％。
实施例2：
(1)将小麦秸秆微晶纤维素与负载二氧化钛-二氧化锆复合金属氧化物磷钼酸按照质量比2∶1加入反应釜中；
(2)向反应釜中加入15倍玉米秸秆微晶纤维素γ-戊内酯-水混合溶液，其中γ-戊内酯与水体积比为5∶1，然后将盛有反应物的反应釜在400转/分搅拌下置于180℃反应2h；
(3)反应结束后，冷却至20℃，用高速离心法将固液分离，分离后溶液进行减压蒸馏纯化，乙酰丙酸产物得率为72％。
实施例3：
(1)将水稻秸秆微晶纤维素与负载二氧化钛-二氧化锆复合金属氧化物磷钼酸按照质量比5∶1加入反应釜中；
(2)向反应釜中加入50倍玉米秸秆微晶纤维素γ-戊内酯-水混合溶液，其中γ-戊内酯与水体积比为10∶1，然后将盛有反应物的反应釜在400转/分搅拌下置于175℃反应4h；
(3)反应结束后，冷却至20℃，用减压过滤法将固液分离，分离后溶液进行减压蒸馏纯化，乙酰丙酸产物得率为67％。
实施例4：
(1)将棉花秸秆微晶纤维素与负载二氧化钛-二氧化锆复合金属氧化物磷钼酸按照质量比8∶1加入反应釜中；
(2)向反应釜中加入75倍玉米秸秆微晶纤维素γ-戊内酯-水混合溶液，其中γ-戊内酯与水体积比为5∶1，然后将盛有反应物的反应釜在450转/分搅拌下置于135℃反应6h；
(3)反应结束后，冷却至20℃，用减压过滤法将固液分离，分离后溶液进行减压蒸馏纯化，乙酰丙酸产物得率为68％。
1.一种杂多酸催化微晶纤维素制备乙酰丙酸的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将微晶纤维素与杂多酸按照质量比1∶5～10∶1加入反应釜中；
(2)向反应釜中加入10～100倍微晶纤维素的γ-戊内酯-水混合溶液，然后将盛有反应物的反应釜在搅拌下置于110℃～180℃反应1～8h；
(3)反应结束后，冷却至20℃，将固液分离并纯化即可得到产物乙酰丙酸。
2.根据权利要求1所述的杂多酸催化微晶纤维素制备乙酰丙酸的方法，其特征在于：步骤(1)所述微晶纤维素为玉米秸秆微晶纤维素、水稻秸秆微晶纤维素、小麦秸秆微晶纤维素和棉花秸秆纤维素中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的杂多酸催化微晶纤维素制备乙酰丙酸的方法，其特征在于：步骤(1)所述杂多酸为负载型磷钼酸、负载型磷钨酸和负载型硅钨酸中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的杂多酸催化微晶纤维素制备乙酰丙酸的方法，其特征在于：步骤(2)所述γ-戊内酯-水混合溶液按照体积比1∶10～25∶1配置。
5.根据权利要求1所述的杂多酸催化微晶纤维素制备乙酰丙酸的方法，其特征在于：步骤(3)所述分离方法是高速离心或减压过滤。