[發明專利]一種利用玉米芯水解糖化的方法

有效

• 申請號: 201110432081.9
• 申請日: 2011-12-21
• 公開（公告）號: CN102559941A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 牟新東;姜義軍;李秀濤;孟令倩;王喜成;王曉燕
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: C13K1/02
• 分類號: C13K1/02;C13K1/04;C13K13/00;B01J31/02;B01J27/02
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 周秀梅;李穎

技術領域

本發明涉及綠色節能技術，具體的說是一種利用玉米芯水解糖化的方法。

背景技術

近年來，隨著能源問題和環境問題的日益凸顯，人類節能環保意識日益增強。當前，化學工業中污染已經成為一個亟待解決的問題，人們希望實現節能綠色的原子經濟，實現污染的零排放，采用無毒無害原料，生產環境友好的產品。

我國是一個農業大國，玉米的年產量高達1.1～1.3億噸，年儲量也很高，達到2000萬噸。過去，人們沒有意識到玉米芯的利用價值，大量的玉米芯被作為碳源燒掉或者廢棄物丟掉。近年來，人們利用酸水解技術從玉米芯當中獲取木糖，然后通過進一步深加工獲得木糖醇等產品。葡萄糖同樣也是重要的平臺化合物，它可以進一步通過工業生物技術或催化技術，轉化為乙醇、乳酸、乙二醇、甘油、烯烴或烷烴等重要石化燃料和化學品。因此，利用水解技術從玉米芯生產木糖及葡萄糖具有很大的現實意義。

目前工業生產中主要是采用質子酸(如硫酸、鹽酸等)液體催化劑。它們以分子(離子)形態參與化學反應，因此在較低的溫度下就有相當高的催化活性。但使用這類催化劑時存在一系列問題，如對生產設備腐蝕嚴重，設備要求采用昂貴的防腐處理；難同反應體系分離，催化劑不能循環利用，產生大量含酸廢液，在工藝上難以實現連續生產；反應過程中副產物多，產品提純困難。同時玉米芯水解反應過程中產生大量的固體廢棄物-木糖渣，在工廠中往往堆積成山，嚴重影響環境，因此木糖渣的高值化利用也是擺在企業面前嚴峻的問題。

科學家們一直努力的在研發一些新的催化體系，希望克服液體酸催化劑使用中的缺陷。固體酸催化劑的出現改變了傳統液體酸催化劑的反應過程，同液體酸催化劑相比具有易分離，可循環利用，副產物少，成本低等優點，在資源開發、節能環保等方面都有很重要的意義，從環境保護和能源戰略角度出發，若這些液體酸催化劑能以無毒無害的固體酸催化劑來代替，則上述液體酸諸多問題就可得到解決。因此，以固體酸代替液體酸作催化劑是實現環境友好催化新工藝的一條重要途徑。

人們早就開始對固體酸進行了研究，如酸性無機氧化物固體強酸(如沸石、鈮酸、氧化硅-氧化鋁)等已經在工業上進行使用，給社會做出了很大的貢獻。最近，碳基固體強酸被研發來提高酸催化的性能，降低催化劑成本，這種新型催化劑可通過不完全碳化芳烴而得到多聚芳烴的結構或將糖類化合物經過炭化，形成具有多環芳烴結構的穩定載體，然后通過磺化負載磺酸基。碳基固體強酸的制備過程簡單，具有很高的酸密度以及穩定性，在綠色化工過程中具有很大的應用潛力。

綜合已有的文獻和專利報道來看，現有的玉米芯糖化工藝主要采用的都是液體酸，并且生產過程中產生大量的固體液體廢棄物，這不符合目前所提倡的綠色環保的理念。

發明內容

本發明目的在于提供一種利用玉米芯水解糖化的方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種利用玉米芯水解糖化的方法，以玉米芯殘渣為碳源，在低溫加熱條件下碳化得到碳材料，干燥后的碳材料經過磺化劑磺化后，得到碳基固體酸材料，然后利用碳固體酸材料對玉米芯進行水解糖化獲得單糖。

將碳基固體酸與玉米芯在溶劑的存在下于80-180℃，反應1-48h而后過濾，即得到利用玉米芯進行水解糖化獲得木糖和/或葡萄糖；其中碳基固體酸與玉米芯質量比為1∶0.1-10，溶劑與玉米芯和固體酸總固體量的質量體積比為：1∶1-0.02。

將碳基固體酸與玉米芯在溶劑的存在下于120℃，反應24h而后過濾，即得到利用玉米芯進行水解糖化獲得木糖和/或葡萄糖；其中碳基固體酸與玉米芯質量比為1∶1，溶劑與玉米芯和固體酸總固體量的質量體積比為：1∶0.01。

所述溶劑為水，水與溶劑與玉米芯和固體酸總固體量的體積質量為1-20∶1。所述玉米芯為粉碎粒度為30-300目的玉米芯顆粒；所述反應過程中進行機械攪拌，攪拌速度為40-600轉/分。

所述碳基固體酸為將玉米芯殘渣在100-200℃的烘箱中烘干使其含水率小于10％，然后在200-600℃條件下進行碳化0.5-24h，得到的碳材料，而后將所得碳材料在80-300℃在磺化劑作用下進行磺化處理2-48h，其中碳材料與磺化劑的質量體積比為1∶1-0.01。

所述碳基固體酸為將玉米芯殘渣在110℃的烘箱中烘干使其含水率小于10％，然后在450℃條件下進行碳化2h，得到的碳材料，而后將所得碳材料在150℃在磺化劑作用下進行磺化處理10h，其中碳材料與磺化劑的質量體積比為1∶0.03。所述磺化劑為濃硫酸、發煙硫酸、三氧化硫，羥基苯磺酸或羥乙基磺酸。