本发明属于新材料，涉及一种催化生物质转化为聚乳酸的制备工艺，具体涉及一种生物质基碳水化合物全碳链催化转化制备聚乳酸。
背景技术：
1、随着化石能源消耗量的持续增长，特别是化石能源过度开发利用带来环境污染问题的日益严重，人们越来越重视可再生能源的开发利用。生物质基碳水化合物(纤维素、淀粉、葡萄糖、果糖等)是自然界最丰富的可再生资源，经水解以及后续发酵或催化转化，获取一系列具有高附加值的化学品，如乳酸、山梨醇、异山梨醇、乙二醇、乙酰丙酸、5-羟甲基糠醛等，其中乳酸是一种重要有机酸，不仅用于制备丙二醇、丙烯酸、丙酮酸等精细化学品，而且作为单体用于制备生物降解材料聚乳酸(polylactic acid，pla)，被广泛应用于生物降解材料、医用高分子、精细化工、新能源、绿色包装、环境保护等领域。因此，利用生物质转化为乳酸及其衍生化学品，是当前资源可再生利用领域重要的发展方向。
2、然而，目前工业上90％以上的乳酸是以淀粉/葡萄糖为原料，通过生物发酵法制取。尽管该方法具有乳酸选择性高、发酵温度低等优点，但是所需时间长，发酵工艺复杂，且采用原料为粮食，导致乳酸的生产成本大幅增加，成为制约乳酸产品大规模应用的瓶颈。随着反应体系的优化及催化剂的开发，生物质基糖类在水热条件下转化制备乳酸的选择性得到了显著提高，目前有文献报道纤维素催化转化可得到89％的乳酸。与传统发酵法制备乳酸相比，催化转化法可以利用自然界中广泛存在的廉价木质纤维素类生物质资源(比如秸秆、木屑、甘蔗渣等)为原料，既能实现生物质资源的高值利用，同时还具有反应时间短、产品易分离等优点，是一种极具应用价值的乳酸生产新技术。
3、目前催化生物质转化制备乳酸的非均相路易斯酸包括掺杂锡(sn)的sn-β分子筛和钨基固体酸两大类。由于sn-β分子筛具有原料易得、成本低廉以及催化效果较好等优点，已成为最有潜力用于乳酸生产非均相催化剂。为了进一步提高sn-β分子筛的催化效率和选择性，国内外很多学者通过掺杂改性、离子交换等方法对其进行改性研究。holm等以sn-β分子筛为催化剂，分别以水和甲醇作为溶剂进行蔗糖转化，得到约30％乳酸和68％
4、乳酸甲酯。近来，dong等将zn2+通过离子交换法掺杂到sn-β分子筛中，制备出的zn-sn-β分子筛催化剂能将蔗糖转化为乳酸的收率提高到54％。yang等合成了层状的无氟sn-β分子筛，并用于在甲醇中转化葡萄糖，可以得到58％的乳酸甲酯。zhao等将铁掺杂到sno2中，制备出fe-sno2催化剂并将其用于转化果糖和葡萄糖，分别得到52％和35％的乳酸甲酯。掺杂改性虽能一定程度上提高sn-β分子筛的催化效果，但仍难以达到乳酸高收率(90％以上)的目的，这主要是因为目前所制得的非均相催化剂仍不能同时高效催化葡萄糖异构化及果糖逆醛醇两个关键反应。
技术实现思路
1、本发明的目的是克服上述不足之处，提供一种利用均相路易斯酸催化剂对糖类转化为乳酸具有特别的催化效果，利用化学修饰方法，将具有er(otf)3类似的结构路易斯酸负载到sn-β分子筛上，获得能同时高效催化葡萄糖异构化及果糖逆醛醇两个反应的新型非均相催化剂，从而为生物质资源高效催化转化为乳酸提供新的途径。
2、本发明的目的是通过以下方式实现的：
3、一种催化生物质转化为聚乳酸的制备工艺，以木质纤维素为原料，经预处理后、以非均相路易斯酸为催化剂制得乳酸，再经乳酸开环聚合制备得到聚乳酸；其中，所述的非均相路易斯酸催化剂是以金属离子掺杂纳米sn-β分子筛为母体，通过化学修饰反应将爪形甜菜碱头基三磺酸接枝到其表面，经三氯化铒处理制得有机磺酸铒修饰纳米sn-β分子筛催化剂。
4、以乳酸为原料化学合成聚乳酸的方法有直接缩聚法和丙交酯开环聚合法，相比直接缩聚法，开环聚合法具有反应副产物少、聚合设备简单、聚乳酸分子量高的优势，是大规模工业化生产聚乳酸的主要方法。
5、优选地，所述的爪形甜菜碱头基三磺酸改性剂以三溴新戊醇、二甲胺、1，3-丙烷磺酸内酯为原料制备得到。
6、优选地，所述的金属离子掺杂纳米sn-β分子筛是以纳米β分子筛为原料，经脱铝处理、sn4+掺杂制得sn-β沸石分子筛，再与金属离子进行交换反应制得金属离子掺杂纳米sn-β分子筛。
7、优选地，所述的有机磺酸铒修饰纳米sn-β分子筛催化剂的制备是利用化学修饰反应将爪形甜菜碱头基三磺酸改性剂接枝到金属离子掺杂纳米sn-β分子筛表面，再经三氯化铒处理制得。
8、所述的将爪形甜菜碱头基三磺酸改性剂接枝到金属离子掺杂纳米sn-β分子筛表面是将爪形甜菜碱头基三磺酸改性剂、金属离子掺杂纳米sn-β分子筛以及γ-氨丙基三乙氧基硅烷进行固相接枝反应。
9、本发明采用辛酸亚锡与稀土化合物复配技术提高催化体系的反应速度以及转化率，有效控制聚合物的相对分子质量大小及分布，从而达到缩短制备工艺流程和周期的同时，获得高性能聚乳酸的目的。
10、优选地，所述的以非均相路易斯酸为催化剂制得乳酸的条件为：木质纤维素与催化剂重量比例10-20:1-10。
11、优选地，所述的制得乳酸采用的反应温度200-280℃，n2压力1.0-5.0mpa，反应时间10-60min。
12、本发明以金属离子掺杂纳米sn-β分子筛为母体，通过化学修饰反应将爪形甜菜碱头基三磺酸接枝到其表面，经三氯化铒处理制得有机磺酸铒修饰纳米sn-β分子筛催化剂，并应用于纤维素催化转化乳酸，开发高选择性催化纤维素转化为乳酸的催化工艺，应用于纤维素催化转化制备聚乳酸生产。
13、与现有技术比较本发明的有益效果：本发明以非均相路易斯酸高效催化转化技术为目标，针对掺杂纳米sn-β分子筛、纳米粒子化学修饰、非均相路易斯酸催化剂、催化转化工艺、聚乳酸配位插入开环聚合的关键问题，力争在非均相路易斯酸催化转化、生物质资源可再生利用、高性能生物全降解材料等方面取得重大技术创新和工程应用突破，努力在生物质基碳水化合物全碳链催化转化制备聚乳酸方向产生具有一批原创性的研究成果和核心技术。通过该发明实施，有助于解决我国生物降解材料绿色化生产的瓶颈难题，推动新材料绿色发展进程，以及提高我省以环保化、高性能化、高附加值为特点生物降解材料的技术创新能力和工业化水平。新型“绿色”生物质基碳水化合物催化转化技术的研发，不仅为天然可再生资源循环利用与可持续发展提供了新方向，而且对于生物质材料全碳链循环利用、废弃物污染控制与资源化综合利用等重大环境与安全问题都具有重要意义。
1.一种催化生物质转化为聚乳酸的制备工艺，其特征在于以木质纤维素为原料，经预处理后、以非均相路易斯酸为催化剂制得乳酸，再经乳酸开环聚合制备得到聚乳酸；其中，所述的非均相路易斯酸催化剂是以金属离子掺杂纳米sn-β分子筛为母体，通过化学修饰反应将爪形甜菜碱头基三磺酸接枝到其表面，经三氯化铒处理制得有机磺酸铒修饰纳米sn-β分子筛催化剂。
2.根据权利要求1所述的催化生物质转化为聚乳酸的制备工艺，其特征在于所述的爪形甜菜碱头基三磺酸改性剂以三溴新戊醇、二甲胺、1，3-丙烷磺酸内酯为原料制备得到。
3.根据权利要求1所述的催化生物质转化为聚乳酸的制备工艺，其特征在于所述的金属离子掺杂纳米sn-β分子筛是以纳米β分子筛为原料，经脱铝处理、sn4+掺杂制得sn-β沸石分子筛，再与金属离子进行交换反应制得金属离子掺杂纳米sn-β分子筛。
4.根据权利要求1所述的催化生物质转化为聚乳酸的制备工艺，其特征在于所述的有机磺酸铒修饰纳米sn-β分子筛催化剂的制备是利用化学修饰反应将爪形甜菜碱头基三磺酸改性剂接枝到金属离子掺杂纳米sn-β分子筛表面，再经三氯化铒处理制得。
5.根据权利要求4所述的催化生物质转化为聚乳酸的制备工艺，其特征在于将爪形甜菜碱头基三磺酸改性剂接枝到金属离子掺杂纳米sn-β分子筛表面是将爪形甜菜碱头基三磺酸改性剂、金属离子掺杂纳米sn-β分子筛以及γ-氨丙基三乙氧基硅烷进行固相接枝反应。
6.根据权利要求1所述的催化生物质转化为聚乳酸的制备工艺，其特征在于所述的以非均相路易斯酸为催化剂制得乳酸的条件为：木质纤维素与催化剂重量比例10-20:1-10。
7.根据权利要求1所述的催化生物质转化为聚乳酸的制备工艺，其特征在于所述的制得乳酸采用的反应温度200-280℃，n2压力1.0-5.0mpa，反应时间10-60min。
