[發明專利]離子液體在纖維素水解制備還原糖中的應用

無效

• 申請號: 201010571207.6
• 申請日: 2010-12-03
• 公開（公告）號: CN102071266A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 王海軍;丁振東;池珍;顧圣明
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C13K1/02
• 分類號: C13K1/02;C13K5/00;C13K7/00;C13K11/00
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技術領域

本發明涉及秸稈的溶解和纖維素的水解，具體地說是以對秸稈有良好溶解能力的離子液體為溶劑，加入含Fe³⁺的水溶液，在酸性離子液體催化下水解纖維素，獲取還原糖的方法。?

背景技術

由于化石燃料的大量、無節制的使用，造成了能源危機及環境惡化等問題，使人類面對能源與環境的雙重壓力，因此，人類急需尋找一種綠色環保的可再生能源。我國的農作物秸稈產量約為7億噸/年，居世界首位。秸稈的主要成分為纖維素、半纖維素和木質素，是一種寶貴的可再生資源。目前，我國秸稈主要用途是造紙、飼料、還田及作為燃料使用，完全處于高消耗、高污染、低產出的狀況。秸稈利用率約33％，其中大部分未加處理，經過技術處理后利用的僅約占2.6％。因此，綜合利用農作物秸稈對于節約資源、保護環境、增加農民收入、促進農業的可持續發展都具有重要的現實意義。?

纖維素是以D-吡喃式葡萄糖基通過β-1，4糖苷鍵連接起來的、具有線性結構的高分子化合物，其結構復雜，內部存在大量的晶區、非晶區結構和氫鍵，使溶劑對纖維素的可及度低。一般溶劑難以溶解纖維素，造成了纖維素資源化利用的障礙。開發有效的纖維素溶劑體系是解決這一難題的關鍵。對于纖維素水解，傳統的方法是使用纖維素酶水解或無機酸水解。酶水解可以在室溫下進行，水解副產物少，但這種方法的水解效率低、速度慢，而且纖維素酶價格昂貴且無法回收使用造成成本較高。使用無機酸水解通常使用硫酸水解，硫酸對設備腐蝕嚴重，對設備要求較高，降解產物多，同時后處理麻煩，對環境污染嚴重。?

離子液體是綠色的溶劑和催化劑，其應用已經作為研究的熱點。2005年中科院化學所張軍等發現1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽是纖維素的優良溶劑，最多可以溶解25wt％的纖維素，形成均相溶液。最近，研究人員指出1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽對木質素也具有良好的溶解能力，(Fu，D.；Mazza，G.；Tamaki，Y.，Lignin?Extraction?from?Straw?by?Ionic?Liquids?and?Enzymatic?Hydrolysis?of?the?Cellulosic?Residues.J.Agric.Food?Chem?2010，58(5)，2915-2922.)；中科院大學化物所姜鋒等用[bmim]Cl離子液體作為溶劑，以酸性離子液體作為催化劑實現了纖維素的綠色均相水解。但是，[bmim]Cl粘度太大，在工業生產時操作不方便，雖然加入了共溶劑降低粘度但也增加了成本。因此，本發明的目的在于使用粘度很低、對纖維素和木質素同時具有良好溶解能力的離子液體作為秸稈溶劑，加入含Fe³⁺的水溶液，酸性離子液體為催化劑，使纖維素綠色均相水解，達到較高的水解效率。?

發明內容

本發明的目的是提供一種離子液體在纖維素水解中的應用的方法。?

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：?

以1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽為秸稈溶劑，加入含Fe³⁺的水溶液，酸性離子液體為催化劑，在常壓下于110℃～140℃反應0.5～5h，用冷水淬滅反應、堿液中和即得纖維素水解液，使用3，5-二硝基水楊酸法測還原糖含量，水解液中的還原糖與離子液體可以通過離子交換法予以分離，離子液體可以重復使用。?

所述含Fe³⁺的水溶液的物質量為相應葡萄糖摩爾當量的2～4倍；含Fe³⁺的水溶液的濃度為C(_Fe³⁺)＝0.025～0.1mol/L；催化劑的質量為秸稈質量的?100～400％秸稈與溶劑的質量比為0.04～0.25。?

其中，秸稈溶劑為1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽，催化劑為1-甲基-3-(4-磺酸基丁基)咪唑硫酸氫鹽、1-甲基-3-(3-磺酸基丙基)咪唑硫酸氫鹽、1-甲基-3-(4-磺酸基丁基)咪唑氯鹽、1-甲基-3-(3-磺酸基丙基)咪唑氯鹽。?

所述的方法，其中，油浴加熱反應。?

所述的方法，其中，離子液體回收使用。?

本發明具有如下優點：?

1.秸稈溶劑的粘度很低，無需加入共溶劑，操作方便，便于工業生產；?

2.Fe3+對纖維素的酸水解有助催化作用，可以提高還原糖的產率；?

3.離子液體性能穩定，可以回收使用，后處理成本低，環境友好；?

4.離子液體催化劑的催化性能良好，反應速度快，反應條件溫和，水解產率高。?

具體實施方式