[發(fā)明專利]一種用于催化纖維素水解的催化劑

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910243062.4
• 申請(qǐng)日: 2009-12-24
• 公開（公告）號(hào): CN101733088A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賀泓;王華瑜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心
• 主分類號(hào): B01J21/08
• 分類號(hào): B01J21/08;B01J37/00;C13K1/02
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于催化纖維素水解的催化劑。

技術(shù)背景

“石油危機(jī)”的出現(xiàn)以及化石能源利用所帶來(lái)的環(huán)境和氣候變化問(wèn)題，使得世界能源戰(zhàn)略的重點(diǎn)開始轉(zhuǎn)向可再生能源的研究和開發(fā)。可再生能源的來(lái)源非常廣泛，包括淀粉、食用油和纖維素等。顯然，人類的生存與發(fā)展離不開淀粉和食用油，特別是在當(dāng)前面臨日益增長(zhǎng)的食品需求的情形下，對(duì)它們的開發(fā)利用是不可取的，也是不可持續(xù)發(fā)展的。而纖維素是自然界中存在最為廣泛的可再生資源，它不會(huì)威脅到糧食安全，因此利用纖維素為原料制取生物質(zhì)燃料遂成為符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的必然選擇。

纖維素是由葡萄糖單元通過(guò)β-1，4糖苷鍵鏈接組成的天然高分子聚合物。而且，纖維素分子中的羥基易于和分子內(nèi)或相鄰的纖維素分子上的含氧基團(tuán)之間形成氫鍵，這些氫鍵使得纖維素易形成構(gòu)型非常穩(wěn)定的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。由于纖維素結(jié)構(gòu)的特殊性，使得纖維素的定向轉(zhuǎn)化成為一道技術(shù)難題。因此，研究其轉(zhuǎn)化利用技術(shù)將成為纖維素轉(zhuǎn)化技術(shù)的關(guān)鍵所在。纖維素的降解技術(shù)經(jīng)歷了無(wú)機(jī)酸水解法、酶水解法和超臨界水轉(zhuǎn)化法等研究歷程。但是，以上各方法均不完善，且都存在許多缺點(diǎn)和問(wèn)題。目前，越來(lái)越多的學(xué)者采用快速、高效、綠色的新技術(shù)來(lái)展開對(duì)纖維素的開發(fā)利用。Fukuoka[A.Fukuoka?and?P.L.Dhepe，Angew.Chem.，Int.Ed.，2006，45，5161-5163.]和劉海超[C.Luo，S.Wang，H.C.Liu，Angew.Chem.，Int.Ed.，2007，46，7636-7639.]等人均報(bào)道了以水為反應(yīng)介質(zhì)的條件下纖維素催化加氫轉(zhuǎn)化為多元醇的研究工作，這開辟了纖維素制備多元醇的新途徑和新方法；最近，王野[W.P.Deng，X.S.Tan，W.H.Fang，Q.H.Zhang，Y.Wang，Catal.Lett.，2009，133，167-174.]研究組也報(bào)道了Ru/CNT催化劑在水介質(zhì)中能直接將纖維素催化轉(zhuǎn)化為山梨醇。然而他們的研究中均用到價(jià)格昂貴的貴金屬催化劑，這勢(shì)必會(huì)增加開發(fā)利用的成本。鑒于此，張濤[N.Ji，T.Zhang，M.Y.Zheng，A.Q.Wang，H.Wang，X.D.Wang，J.G.Chen，Angew.Chem.，Int.Ed.，2008，47，8510-8513.]研究組研究了負(fù)載型碳化鎢催化劑在纖維素催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)中的催化性能。此外，Shimizu等人[K.Shimizu，H.Furukawa，N.Kobayashi，Y.Itaya，A.Satsuma，Green?Chem.，2009，11，1627-1632.]研究了雜多酸和雜多酸的金屬鹽可作為催化纖維素水解為糖的有效催化劑。雖然上述的催化劑在纖維素催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)中表現(xiàn)出較好的催化活性，但是反應(yīng)過(guò)程中用到氫氣。氫氣的介入一方面勢(shì)必會(huì)增加應(yīng)用的成本，另一方面會(huì)增加安全隱患。在此基礎(chǔ)上，Hara[S.Suganuma，K.Nakajima，M.Kitano，D.Yamaguchi，H.Kato，S.Hayashi?and?M.Hara，J.Am.Chem.Soc.，2008，130，12787-12793.]和Onda[A.Onda，T.Ochi?and?K.Yanagisawa，Green?Chem.，2008，10，1033-1037.]開展了在無(wú)氫氣條件下催化水解纖維素的研究。但是從工業(yè)應(yīng)用的角度來(lái)講，這類磺酸化固體酸催化劑的制備較為復(fù)雜，不適宜大規(guī)模制備。

1998年，美國(guó)的《自然》雜志首次報(bào)道了揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝合成法[P.D.Yang，D.Y.Zhao，D.L.Margolese，B.F.Chmelka，D.Stucky，Nature，1998，396，152-155.]，該方法是通過(guò)溶劑揮發(fā)而使溶液中的模版劑和無(wú)機(jī)物種之間發(fā)生恰當(dāng)?shù)南嗷プ饔茫瑢?dǎo)致自組裝的發(fā)生。從此以后，揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝合成法在催化學(xué)科中作為一類新的催化材料的合成方法，引起了人們極大的關(guān)注。將揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝合成法合成的二氧化硅催化劑應(yīng)用于催化纖維素的水解反應(yīng)至今還未見(jiàn)專利及文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開一種用于催化纖維素水解的催化劑，它能夠高選擇性地將纖維素轉(zhuǎn)化為葡萄糖。