[發(fā)明專利]一種由纖維素生產(chǎn)還原糖的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410834802.2
• 申請(qǐng)日: 2014-12-24
• 公開（公告）號(hào): CN104450983A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李煒;高偉;夏詠梅;方云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類號(hào): C13K13/00
• 分類號(hào): C13K13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物質(zhì)資源利用的生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種由纖維素的制備還原糖的方法。

技術(shù)背景

纖維素是由葡萄糖單元通過β-1，4-糖苷鍵連接而成的線型天然聚多糖大分子化合物，分子中相鄰的氧原子和羥基產(chǎn)生強(qiáng)烈的氫鍵作用，使纖維素長(zhǎng)鏈分子形成一種具有高度結(jié)晶區(qū)的超分子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致纖維素很難水解。

利用生物質(zhì)纖維素生產(chǎn)燃料乙醇是目前各國(guó)科學(xué)家競(jìng)相研究的熱點(diǎn)課題之一，而生物質(zhì)纖維素乙醇轉(zhuǎn)化技術(shù)的關(guān)鍵是如何將纖維素水解為可發(fā)酵還原糖。目前對(duì)纖維素水解工藝的研究主要集中在酸水解和酶水解兩種途徑。纖維素酶常被用來選擇性地將纖維素水解為葡萄糖，但現(xiàn)階段來看，酶催化法也存在一定缺陷，如反應(yīng)速率低、高成本、產(chǎn)品難以分離純化等，酶水解工藝要達(dá)到技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的可行性還有很長(zhǎng)的路要走。酸水解是通過無機(jī)或有機(jī)酸水解纖維素，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榭砂l(fā)酵性還原糖。Scholler方法是第一個(gè)酸催化纖維素水解的工業(yè)化技術(shù)，在高溫高壓下稀硫酸催化木材廢料水解為單糖，但是液體硫酸具有高度腐蝕性，而且需要中和處理廢酸。此外，亞臨界水和超臨界水也被用來水解纖維素，但是由于反應(yīng)條件劇烈，為了避免副產(chǎn)物的產(chǎn)生，反應(yīng)只能停留極短的時(shí)間(幾秒)，很難嚴(yán)格控制時(shí)間和建立回收熱量的商業(yè)性反應(yīng)系統(tǒng)。

為了解決液體酸的種種弊端，Rinaldi?R[ChemSusChem，2010，3(2)：266-276.]，Hegner?J[Tetrahedron?Letters，2010，51(17)：2356-2358.]以及Kim?S?J[Bioresource?Technology，2010，101(21)：8273-8279.]等多位研究學(xué)者將磺酸基大孔樹脂應(yīng)用于纖維素的水解反應(yīng)中，然而，由于樹脂與纖維素可及度差，常常需要使用離子液體(如[BMIM]Cl)來溶解纖維素。目前離子液體價(jià)格仍然較高，而且與還原糖難以分離，限制了該方法的工業(yè)化應(yīng)用。

因此，亟待發(fā)展一種制備簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、催化效率高的固體酸催化劑，應(yīng)用至纖維素的水解反應(yīng)之中，以期可以方便地回收催化劑，并且提高還原糖的產(chǎn)率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、高效的方法由纖維素生產(chǎn)還原糖。

發(fā)明要點(diǎn)：

在高壓反應(yīng)釜中，將纖維素和催化劑(C_nIMPS)₃PW₁₂O₄₀以摩爾比1∶0.001～1∶1混合，加入去離子水，固液比為1∶5～1∶100(g/mL)，140～250℃下劇烈攪拌0.1～24小時(shí)；自然降溫至25℃，用恒重的干燥中速濾紙過濾，并用162mL的去離子水分3次洗滌濾紙；將濾液定容至500mL，DNS法測(cè)定還原糖的含量；然后，以濃鹽酸調(diào)節(jié)剩余濾液的pH值至1.0～3.0，催化劑以固體形式析出，過濾，干燥，適合循環(huán)使用；減壓除去濾液中的水分，即得還原糖粗品。

所述的催化劑(C_nIMPS)₃PW₁₂O₄₀化學(xué)結(jié)構(gòu)為

其中咪唑環(huán)上烷基側(cè)鏈為碳原子數(shù)n＝1，2，3，4，5，6，7，8，10，12，14，16的直鏈烷基。

所述的回收后的催化劑經(jīng)干燥后可直接用于下一鍋反應(yīng)。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.反應(yīng)原料價(jià)廉易得，且對(duì)設(shè)備腐蝕小；

2.催化劑制備簡(jiǎn)單，容易循環(huán)利用；

3.反應(yīng)條件較溫和，工藝簡(jiǎn)單，能耗低；

4.本方法具有良好的工業(yè)化應(yīng)用前景。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明，列舉以下實(shí)施例，但其對(duì)發(fā)明的范圍無任何限制。

實(shí)施例1：

取纖維素(16.2g，0.1mol)、(C₁IMPS)₃PW₁₂O₄₀(34.9g，0.01mol)和162mL去離子水于1000mL或5000mL帶有溫控的高壓反應(yīng)釜中，180℃劇烈機(jī)械攪拌1.5小時(shí)，然后降溫至25℃，用恒重的干燥中速濾紙過濾，并用162mL去離子水分3次洗滌濾紙，濾液定容至500mL，DNS法測(cè)得還原糖產(chǎn)率為34％；以濃鹽酸調(diào)節(jié)pH值至2.0，催化劑以固體形式析出，過濾，干燥，循環(huán)使用至下一鍋反應(yīng)中；減壓除去濾液中的水分，即得還原糖粗品。

實(shí)施例2：