一种杂多酸催化木质纤维素水解的方法技术

本发明专利技术提供了一种杂多酸催化木质纤维素水解的方法，包括以下步骤：将植物生物质、杂多酸催化剂与反应溶剂混合，进行水解反应，得到水解产物；所述水解产物中包含单糖；所述杂多酸催化剂为杂多酸、杂多酸盐与负载型杂多酸催化剂中的一种或多种；所述负载型杂多酸催化剂包含载体与负载于载体上的活性成分；所述活性成分为杂多酸和/或杂多酸盐；所述反应溶剂为水或含水混合溶剂。与现有技术相比，本发明专利技术以杂多酸催化剂催化木质纤维素水解，杂多酸为强质子酸，其可通过加氢催化植物生物质水解，高效催化高选择性水解多糖中的糖苷键制备单糖；该方法反应条件温和，操作简单，且催化剂廉价易得，可循环使用，易于规模化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种杂多酸催化木质纤维素水解的方法
本专利技术属于生物质能源
，尤其涉及一种杂多酸催化木质纤维素水解的方法。
技术介绍
随着科技发展的日益进步，人类对能源以及资源的需求也日益提高。作为现阶段最重要的能源来源，化石燃料(如煤，石油和天然气)的可获得性和可持续性具有一定的限制，并且其燃烧会导致温室效应、大气污染等一系列的生态与环境的负面影响。生物质(biomass)是指由植物、动物或微生物生命体所合成得到的物质的总称，其中植物生物质是其中最主要的部分。植物生物质又称为木质纤维素生物质，主要包括木材，农林废弃物，草类以及城市植物纤维型废弃物等，是自然界唯一可再生的碳资源。木质纤维素具有替代化石资源转化为液体燃料、精细化工大宗化学品以及生物基新材料的巨大潜力。发展可再生生物质基烃类燃料和生物基新材料，有助于缓解对化石能源的依赖，保障国家能源和资源安全，同时可以减少化石资源大规模利用对环境带来巨大破坏，符合我国可持续发展的重大战略需求。木质纤维素转化至燃料分子以及大宗化学品的转化过程中最重要的一步便是单糖的获取。纤维素生成葡萄糖的过程是通过水解过程实现的。纤维素通常指微晶纤维素，是由葡萄糖通过β-1,4-糖苷键链接形成的线性长链高分子聚合物，糖苷键通过纤维素的超分子结构中的分子内和分子间氢键紧密连接，阻碍催化剂进入链并使纤维素不溶于常规溶剂，因此导致纤维素水解过程中的低反应性。因此，开发催化活性位点可接近这些高度紧密的β-1,4-糖苷键的催化体系是非常重要的，进而可以通过纤维素水解获得大量的廉价葡萄糖资源。目前相关报道的反应催化体系包括：硫酸，盐酸等无机酸催化体系，甲酸等有机酸催化体系以及酸性树脂、酶催化等反应体系，但整体反应效率仍有待提高，开发更多更高效的催化体系是极为有意义的。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种杂多酸催化木质纤维素水解的方法，该方法条件温和且反应效率较高。本专利技术提供了一种杂多酸催化木质纤维素水解的方法，包括以下步骤：将植物生物质、杂多酸催化剂与反应溶剂混合，进行水解反应，得到水解产物；所述水解产物中包含单糖；所述杂多酸催化剂为杂多酸、杂多酸盐与负载型杂多酸催化剂中的一种或多种；所述负载型杂多酸催化剂包含载体与负载于载体上的活性成分；所述活性成分为杂多酸和/或杂多酸盐；所述反应溶剂为水或含水混合溶剂。优选的，所述植物生物质选自微晶纤维素、半纤维素、秸秆、玉米芯、芦苇草、木屑与报纸中的一种或多种。优选的，所述杂多酸选自磷钨酸，磷钼酸、硅钨酸与硅钼酸中的一种或多种；所述杂多酸盐选自磷钨酸的铯盐，磷钼酸的铯盐、硅钨酸的铯盐、硅钼酸的铯盐、磷钨酸的铵盐，磷钼酸的铵盐、硅钨酸的铵盐与硅钼酸的铵盐中的一种或多种。优选的，所述载体选自C、SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2、Nb2O5、CeO2、MgO、ZrP2O7、HZSM-5、ZSM-35与HY中的一种或多种。优选的，所述负载型杂多酸催化剂按照以下方法制备：将载体浸渍于含活性成分的溶液中，除去溶剂，干燥后得到负载型杂多酸催化剂。优选的，所述负载型杂多酸催化剂的负载量10～50wt％。优选的，所述杂多酸催化剂与植物生物质的质量比为(0.1～10)：1。优选的，所述植物生物质与反应溶剂的质量体积比为1g：(50～100)ml。优选的，所述水解反应的温度为80℃～150℃；所述水解反应的时间为10min～24h。优选的，所述水解反应的压力为1atm～3MPa。本专利技术提供了一种杂多酸催化木质纤维素水解的方法，包括以下步骤：将植物生物质、杂多酸催化剂与反应溶剂混合，进行水解反应，得到水解产物；所述水解产物中包含单糖；所述杂多酸催化剂为杂多酸、杂多酸盐与负载型杂多酸催化剂中的一种或多种；所述负载型杂多酸催化剂包含载体与负载于载体上的活性成分；所述活性成分为杂多酸和/或杂多酸盐；所述反应溶剂为水或含水混合溶剂。与现有技术相比，本专利技术以杂多酸催化剂催化木质纤维素水解，杂多酸为强质子酸，其可通过加氢催化植物生物质水解，高效催化高选择性水解多糖中的糖苷键制备单糖；该方法反应条件温和，操作简单，且催化剂廉价易得，可循环使用，易于规模化生产。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种杂多酸催化木质纤维素水解的方法，包括以下步骤：将植物生物质、杂多酸催化剂与反应溶剂混合，进行水解反应，得到水解产物；所述水解产物中包含单糖；所述杂多酸催化剂为杂多酸、杂多酸盐与负载型杂多酸催化剂中的一种或多种；所述负载型杂多酸催化剂包含载体与负载于载体上的活性成分；所述活性成分为杂多酸和/或杂多酸盐；所述反应溶剂为水或含水混合溶剂。本专利技术对所有原料的来源并没有特殊的限制，为市售即可；所有原料的纯度也并没有特殊的限制，优选为分析纯。其中，植物生物质为本领域技术人员熟知的植物生物质即可，并无特殊的限制，其可为微晶纤维素、半纤维素、秸秆、玉米芯、芦苇草、木屑等真实生物质，也可为报纸等富含纤维废弃物，本专利技术中优选为微晶纤维素、半纤维素、秸秆、玉米芯、芦苇草、木屑与报纸中的一种或多种，更优选为微晶纤维素。所述负载型杂多酸催化剂包含载体与负载于载体上的活性成分；所述载体为本领域技术人员熟知的载体即可，并无特殊的限制，本专利技术中优选为C、SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2、Nb2O5、CeO2、MgO、ZrP2O7、HZSM-5、ZSM-35与HY中的一种或多种；所述活性成分为杂多酸和/或杂多酸盐；所述杂多酸为本领域技术人员熟知的杂多酸即可，并无特殊的限制，本专利技术中优选为磷钨酸，磷钼酸、硅钨酸与硅钼酸中的一种或多种，更优选为磷钨酸；所述杂多酸盐为本领域技术人员熟知的杂多酸盐即可，并无特殊的限制，本专利技术中优选为磷钨酸的铯盐，磷钼酸的铯盐、硅钨酸的铯盐、硅钼酸的铯盐、磷钨酸的铵盐，磷钼酸的铵盐、硅钨酸的铵盐与硅钼酸的铵盐中的一种或多种，其中金属与杂多酸可不同配比，本专利技术中更优选为Cs0.5H2.5PW12O40；所述负载型杂多酸催化剂的负载量优选为10～50wt％。所述负载型杂多酸催化剂的制备方法为本领域技术人员熟知的制备方法即可，并无特殊的限制，本专利技术中优选按照以下方法制备：将载体浸渍于含活性成分的溶液中，除去溶剂，干燥后得到负载型杂多酸催化剂。所述含活性成分的溶液优选为活性成分溶于挥发性溶剂中得到；所述挥发性溶剂优选为醇溶剂，更优选为乙醇；在本专利技术中优选先将载体与挥发性溶剂混合，然后加入含活性成分的溶液，然后优选室温搅拌1～10h，更优选室温搅拌3～10h，再优选室温搅拌6～10h，最优选室温搅拌8h，再除去溶剂，干燥后得到负载型杂多酸催化剂；所述除去溶剂的方法为本领域技术人员熟知的方法即可，并无特殊的限制，本专利技术中优选为旋干；所述干燥的温度优选为80℃～150℃，更优选为100℃～120℃；所述干燥的时间优选为6～24h。所述反应溶剂为水或含水混合溶剂，优选为水；所述含水混合溶剂为水与有机溶剂的混合溶剂；所述水与有机溶剂的体积比优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种杂多酸催化木质纤维素水解的方法，其特征在于，包括以下步骤：将植物生物质、杂多酸催化剂与反应溶剂混合，进行水解反应，得到水解产物；所述水解产物中包含单糖；所述杂多酸催化剂为杂多酸、杂多酸盐与负载型杂多酸催化剂中的一种或多种；所述负载型杂多酸催化剂包含载体与负载于载体上的活性成分；所述活性成分为杂多酸和/或杂多酸盐；所述反应溶剂为水或含水混合溶剂。

【技术特征摘要】
1.一种杂多酸催化木质纤维素水解的方法，其特征在于，包括以下步骤：将植物生物质、杂多酸催化剂与反应溶剂混合，进行水解反应，得到水解产物；所述水解产物中包含单糖；所述杂多酸催化剂为杂多酸、杂多酸盐与负载型杂多酸催化剂中的一种或多种；所述负载型杂多酸催化剂包含载体与负载于载体上的活性成分；所述活性成分为杂多酸和/或杂多酸盐；所述反应溶剂为水或含水混合溶剂。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述植物生物质选自微晶纤维素、半纤维素、秸秆、玉米芯、芦苇草、木屑与报纸中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述杂多酸选自磷钨酸，磷钼酸、硅钨酸与硅钼酸中的一种或多种；所述杂多酸盐选自磷钨酸的铯盐，磷钼酸的铯盐、硅钨酸的铯盐、硅钼酸的铯盐、磷钨酸的铵盐，磷钼酸的铵盐、硅钨酸的铵盐与硅钼酸的铵盐中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述载体选自C、Si...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅尧，刘新鑫，陈蒙远，严龙，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34