技术成果：农林废弃物制备高附加值生物质基呋喃类化学品和生物质基塑料技术研究与应用
（一） 技术名称：
农林废弃物制备高附加值生物质基呋喃类化学品和生物质基塑料技术研究与应用
（二） 技术提供方：
中山大学环境科学与工程学院 严凯 yank9@mail.sysu.edu.cn
（三） 适用范围：
该技术适用于农业、园林废弃物处理处置
（四） 技术内容：
1、技术原理
（1）超声辅助低共熔溶剂预处理农林废弃物
低共熔溶剂（DES）中氢键供体(HBD)和氢键受体间的相互作用可以有效地断裂木质纤维素中的醚键和酯键，破坏木质素对纤维素和半纤维素的包裹以及纤维致密的结晶区结构，从而实现全组分的分离。
（2）纤维素水解异构化合成果糖
H型分子筛中的Bronsted酸位点可以有效断裂纤维素中的分子间氢键和糖苷键（C-O-C），从而得到葡萄糖；而MgAl水滑石其表层的羟基以及弱酸性阴离子的水解能够产生丰富碱性位点，可以有效断裂葡萄糖中的C-H键，实现异构化得到果糖。
（3）果糖一锅法转化合成DMF或FDCA
果糖到2，5-二甲基呋喃（DMF）的转化需要经历果糖的脱水到5-羟甲基糠醛（HMF）以及HMF加氢脱氧到DMF，Ni-ZrO2-MCM-41催化剂具有金属和酸双催化功能，MCM-41提供的Bronsted酸是主要的酸性中心，可以断裂果糖C-OH键，促进HMF的生成，而Ni是主要的金属中心可以催化HMF中C=O的加氢并和Bronsted酸协同作用，断裂C-OH，从而得到DMF。
果糖到2，5呋喃二甲酸（FDCA）的转化需要经历果糖脱水到HMF以及HMF氧化到FDCA，PW-Fe@MOF-808催化剂具有金属和酸双催化功能，磷钨酸（PW）是Bronsted酸也是主要的酸性中心，可以断裂果糖C-OH键，促进HMF的生成，而Fe是主要的金属中心可以催化HMF中C-OH和C=O的氧化，从而得到FDCA。
（4）FDCA开环聚合合成PEF
FDCA开环聚合制备聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯（PEF），主要通过单体δ键断裂后开环以及环状聚合物的形成和进一步聚合。
2、技术创新性
本技术以农林废物为原料，以分离、水解、异构化、脱水、加氢脱氧、氧化开环聚合等多个转化过程为纽带，结合工业技术产品需求，变废为宝，制备液体燃料DMF和高值化学品FDCA、PEF。其中，低共溶剂预处理过程中采用超声辅助，降低木质纤维素结晶度和解聚后纤维素半纤维素的聚集，促进不同组分的分离；DMF和FDCA的生产以果糖为原料，设计新型双功能催化剂（Ni-ZrO2-MCM-41和PW-Fe@MOF-808）来促进一锅转化；此外，还进一步耦合了FDCA到新型聚酯材料PEF的转化路径。综上，该技术完善了农林废弃物的资源化高值化路径，提供了一种可检验、可复制、可推广的生态循环利用新模式，促进农业绿色低碳可持续发展。
3、技术优势
（1）超声辅助低共熔溶剂预处理农林废弃物
DES预处理法与传统方法（物理预处理、化学预处理、离子液体预处理）相比，具有原料成本低、易于制备、环境友好、低粘度和高生物降解性等优点。
（2）纤维素水解异构化合成果糖
在将纤维素转化为果糖的过程中，水解和异构化均采用非均相催化剂，相比于均相体系，具有易于与产物分离、易回收、对反应器腐蚀性小、对环境危害小等优点。
（3）果糖一锅法转化合成DMF或FDCA
果糖到DMF或FDCA的转化，相比于以HMF为原料的转化工艺，使用了价格低廉来源广泛的碳水化合物作为原料，采用一锅法相比于传统的两步法则可以避免对HMF的分离提纯，进一步降低合成成本。
（4）FDCA开环聚合合成PEF
开环聚合相比于直接酯化和酯交换熔融缩聚法，反应条件更加温和，副反应少，易得到高分子量的聚合物，剩余的单体可以很容易地去除，并且可以减弱PEF色泽问题。
4、工艺流程
（1）超声辅助低共熔溶剂预处理农林废弃物
将农林业生产过程中产生的树枝、秸秆等农林废弃物经过破碎、混合、干燥等预处理，再与预先合成的氯化胆碱/MClx类型（M=Fe/Cr/Zn/Co等金属组分）低共熔溶剂以及甲醇混合，并通过超声辅助选择性分馏纤维素与半纤维素，最后回收低共熔溶剂循环使用。
（2）纤维素水解异构化合成果糖
以H型分子筛为催化剂，水体系中，水解纤维素，经分离纯化所得葡萄糖在MgAl水滑石作用下，于乙醇体系中经过异构化获得果糖。
（3）果糖一锅法转化合成DMF或FDCA
以Ni-ZrO2-MCM-41为催化剂，THF体系中，经过脱水和加氢脱氧可得到DMF；另一方面，从果糖出发，在DMSO/H2O双溶剂体系中加入PW-Fe@MOF-808催化剂，以O2为氧化剂，经过脱水和氧化可以得到FDCA。
（4）FDCA开环聚合合成PEF
利用开环聚合法可将FDCA进一步转化为PEF，首先用FDCA与SOCl2反应制备呋喃二甲酰氯，而后以呋喃二甲酰氯和EG或丁二醇为原料，双氮杂双环[2.2.2]辛烷为催化剂，得到线性和环状低聚物的混合物，以二氯甲烷为溶剂，环状低聚物为反应物，乙基己酸锡为催化剂合成了重均分子量分别为50000和60000g/mol的PEF和PBF，经过清洗和分馏最终得到PEF。