[發(fā)明專利]一種利用稻殼制備可發(fā)酵糖和納米二氧化硅的方法

有效

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• 申請日: 2014-09-03
• 公開（公告）號: CN104229805A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張世豪;曾佩瑜;龍浠怡;杭曉東;招嘉斯;王衛(wèi)星
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: C01B33/12
• 分類號: C01B33/12;C12P7/10
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物質(zhì)能源化工領(lǐng)域，涉及可發(fā)酵糖和二氧化硅的制備方法，具體涉及一種利用稻殼制備可發(fā)酵糖和納米二氧化硅的方法。

背景技術(shù)

乙醇既是一種基本化工原料，又是一種綠色新能源。隨著國內(nèi)石油需求的進(jìn)一步提高，以乙醇等替代能源為代表的能源供應(yīng)多元化戰(zhàn)略已成為中國能源政策的一個重要方向。燃料乙醇具有清潔環(huán)保、可循環(huán)再生等優(yōu)點(diǎn)，在中國具有廣闊前景。

燃料乙醇可由纖維素水解得到的可發(fā)酵糖通過工業(yè)發(fā)酵制備，可發(fā)酵糖的生產(chǎn)主要有酸水解和酶水解兩種技術(shù)。在酸水解工藝中，可以使用鹽酸或硫酸，按照使用酸的濃度不同可以進(jìn)一步分為濃酸水解和稀酸水解。使用濃酸進(jìn)行處理，水解率較高，但濃酸腐蝕性強(qiáng)，酸回收困難，污染嚴(yán)重。與濃酸水解的工藝路線相比，稀酸水解需要在比較高的溫度與壓力下進(jìn)行。而酶水解技術(shù)由于存在生產(chǎn)周期長、產(chǎn)率低、生產(chǎn)成本高等問題，導(dǎo)致酶水解技術(shù)難以工業(yè)化應(yīng)用。

我國年產(chǎn)水稻約2億噸，加工后產(chǎn)生約4千萬噸的稻殼廢棄物。稻殼富含半纖維素與纖維素，可通過酸解制備可發(fā)酵糖。但傳統(tǒng)方法常采用濃硫酸或者稀硫酸高溫高壓水解，導(dǎo)致生產(chǎn)成本高，環(huán)境污染嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種利用稻殼制備可發(fā)酵糖和納米二氧化硅的方法。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種利用稻殼制備可發(fā)酵糖和納米二氧化硅的方法，包括如下步驟：

(1)將稻殼加入到酸濃度為0.05～30wt％的酸性混合溶液中，在50～200℃溫度條件下反應(yīng)30～300分鐘，得到剩余固體及可發(fā)酵糖粗產(chǎn)物溶液；

(2)將步驟(1)所得可發(fā)酵糖粗產(chǎn)物溶液通過高壓二氧化碳分離處理，得到可發(fā)酵糖沉淀；

(3)將步驟(1)所得剩余固體在氧氣或空氣氣氛中，于500～1000℃溫度下焚燒10～360分鐘，制備得到納米二氧化硅。

為進(jìn)一步實現(xiàn)本發(fā)明目的，優(yōu)選的，步驟(1)中所述酸性混合溶液為由酸、γ-戊內(nèi)酯與水組成的混合溶液；所述酸為硫酸或鹽酸中的一種或兩種混合，所述酸的濃度為0.1～10wt％；γ-戊內(nèi)酯與水的質(zhì)量比為(3～9)：1；

優(yōu)選的，步驟(1)中所述酸性混合溶液與所述稻殼的質(zhì)量比為(8～15)：1；

優(yōu)選的，步驟(2)所述高壓二氧化碳分離處理時二氧化碳壓強(qiáng)為7～9MPa；

優(yōu)選的，步驟(3)所述焚燒的溫度為550～750℃。

本發(fā)明的原理：

本發(fā)明以稻殼為原料，通過引入γ-戊內(nèi)酯，有效促進(jìn)了稻殼中木質(zhì)纖維素的解構(gòu)，在稀酸范圍內(nèi)實現(xiàn)高效率的水解反應(yīng)。γ-戊內(nèi)酯可以用生物質(zhì)為原料來合成，是一種新型的綠色溶劑。通過二氧化碳加壓可快速分離可發(fā)酵糖，從而使得γ-戊內(nèi)酯可循環(huán)利用，提高了生產(chǎn)效率也極大降低了生產(chǎn)成本。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：

(1)本發(fā)明的方法在反應(yīng)體系中引入γ-戊內(nèi)酯，有效促進(jìn)了稻殼中木質(zhì)纖維素的解構(gòu)，在稀酸范圍內(nèi)獲得較高的可發(fā)酵糖產(chǎn)率，解決稻殼處理中濃酸污染的主要技術(shù)瓶頸，可發(fā)酵糖可以進(jìn)一步處理得到燃料乙醇，有助解決現(xiàn)代的能源緊缺與環(huán)境污染問題。

(2)本發(fā)明的方法制備的納米二氧化硅的孔徑在納米尺度可調(diào)。

(3)本發(fā)明的方法具有生產(chǎn)工藝簡單、成本低、原料來源廣、可再生的優(yōu)點(diǎn)；中國年產(chǎn)稻殼約4000萬噸，其中二氧化硅的含量約為800萬噸，因此，稻殼可以作為生產(chǎn)硅基材料的理想原料。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例1

一種利用稻殼制備可發(fā)酵糖和納米二氧化硅的方法，包括如下步驟：

(1)將1g稻殼加入到硫酸濃度為0.5wt％的硫酸混合溶液中，在120℃溫度條件下反應(yīng)240分鐘，得到可發(fā)酵糖粗產(chǎn)物溶液及剩余固體；所述硫酸混合溶液中γ-戊內(nèi)酯的含量為8g，水的質(zhì)量為2g；

(2)將步驟(1)所得可發(fā)酵糖粗產(chǎn)物溶液通過8MPa二氧化碳分離處理，得到可發(fā)酵糖沉淀；

(3)將步驟(1)所得剩余固體在空氣氣氛中，于650℃溫度下焚燒180分鐘，制備得到納米二氧化硅。