[發(fā)明專(zhuān)利]一種分子氧氧化處理木質(zhì)纖維素并水解至單糖的方法及應(yīng)用在審
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201711166469.2 | 申請(qǐng)日： | 2017-11-21 |
| 公開(kāi)（公告）號(hào)： | CN107779524A | 公開(kāi)（公告）日： | 2018-03-09 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 周利鵬;楊曉梅;蘆天亮 | 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人： | 鄭州大學(xué) |
| 主分類(lèi)號(hào)： | C13K1/02 | 分類(lèi)號(hào)： | C13K1/02 |
| 代理公司： | 鄭州紅元帥專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙)41117 | 代理人： | 楊妙琴 |
| 地址： | 450001 河南*** | 國(guó)省代碼： | 河南;41 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 分子 氧化 處理 木質(zhì) 纖維素 水解 單糖 方法 應(yīng)用 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種分子氧氧化處理木質(zhì)纖維素并水解生成單糖的方法，尤其是一種用于分子氧氧化處理木質(zhì)纖維素中的纖維素組分水解生成單糖的方法。
背景技術(shù)
隨著石油、天然氣和煤等不可再生資源日益消耗及其使用帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題，可再生資源的利用受到了廣泛關(guān)注。木質(zhì)纖維素是自然界中重要的可再生資源，具有年產(chǎn)量大、來(lái)源豐富、價(jià)格便宜等特點(diǎn)。木質(zhì)纖維素的主要成分為纖維素(35～50％)、半纖維素(20～35％)和木質(zhì)素(5～30％)。纖維素組分是由β-葡萄糖苷鍵將失水的D-六環(huán)葡萄糖連接起來(lái)的線(xiàn)型多糖高分子。解聚纖維素組分到葡萄糖，得到的葡萄糖可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙醇、乳酸、乙二醇、乙酰丙酸、甘油等生物燃料和化學(xué)品。以木質(zhì)纖維素為原料，解聚制備葡萄糖，該路線(xiàn)不僅不會(huì)像以淀粉、油酯為原料制備生物燃料那樣造成糧食危機(jī)，而且對(duì)解決人類(lèi)面臨的能源和環(huán)境問(wèn)題具有十分深遠(yuǎn)的意義。
然而，木質(zhì)纖維素的成分非常復(fù)雜，且這些組分之間通過(guò)化學(xué)鍵和氫鍵等發(fā)生相互作用，形成了復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，造成了木質(zhì)纖維素的高分子組分難以解聚。目前，對(duì)于纖維素的解聚，主要的方法有酶催化和酸催化兩條路線(xiàn)。傳統(tǒng)上采用無(wú)機(jī)酸(如硫酸、鹽酸等)催化纖維素水解，不僅產(chǎn)物和催化劑分離困難，而且對(duì)設(shè)備要求高、環(huán)境污染嚴(yán)重。酶水解具有反應(yīng)條件溫和、原料轉(zhuǎn)化率高以及環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，但由于纖維素酶的活性不高，重復(fù)利用率低而導(dǎo)致處理和使用成本過(guò)高。并且，這些方法基本上以純的纖維素為原料，然而在自然界中純的纖維素很少，并且從木質(zhì)纖維素中分離出纖維素組分，也非常麻煩，成本高。開(kāi)發(fā)以木質(zhì)纖維素為原料，解聚其纖維素組分至單糖的方法，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種分子氧氧化處理木質(zhì)纖維素并水解至單糖的方法，該方法是以木質(zhì)纖維素為原料，采用含分子氧的氣體作為氧化劑，氧化預(yù)處理木質(zhì)纖維素的部分官能團(tuán)生成羧基，再經(jīng)水解生成葡萄糖。
該方法利用分子氧為氧化劑，氧化纖維素官能團(tuán)轉(zhuǎn)化生成羧基，直接催化木質(zhì)纖維素水解生成單糖。該方法避免了額外添加催化劑，解決了傳統(tǒng)方法中酸催化劑與纖維素難以接觸的缺點(diǎn)；同時(shí)，該方法中以木質(zhì)纖維素為原料，使資源有效利用，同時(shí)木質(zhì)纖維素來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
一種分子氧氧化處理木質(zhì)纖維素并水解至單糖的方法，該方法首先將木質(zhì)纖維素酸化處理，去除木質(zhì)纖維素中的半纖維素組分；然后采用分子氧為氧化劑，氧化木質(zhì)纖維素產(chǎn)生羧基；然后氧化后的木質(zhì)纖維素與水發(fā)生水解反應(yīng)，生成單糖和多聚糖。
進(jìn)一步，所述木質(zhì)纖維素農(nóng)作物為秸稈、草本植物、木本植物中的一種。
進(jìn)一步，所述酸化處理的過(guò)程為將農(nóng)作物秸稈、草本植物、木本植物粉碎至≤2mm的顆粒，烘干；然后采用≤0.3mol/L的低濃度酸將粉碎的顆粒處理。
進(jìn)一步，所述低濃度酸為乙酸、甲酸、硫酸、鹽酸的水溶液中的一種。
進(jìn)一步，所述酸化處理的過(guò)程還可以將農(nóng)作物秸稈、草本植物、木本植物粉碎至≤2mm的顆粒，烘干；然后采用CO2壓力≥5MPa的CO2水溶液處理。
進(jìn)一步，所述分子氧為含分子氧的氣體，氣體的其它成分為N2、CO2中一種或兩種的混合物。
進(jìn)一步，所述分子氧中氧氣的體積濃度為0.1％～100％。
進(jìn)一步，木質(zhì)纖維素氧化的溫度為120～210℃，時(shí)間為0.1～48h，氧化時(shí)，分子氧氣體流量為5～500mL/min。
進(jìn)一步，氧化后的木質(zhì)纖維素在空氣或惰性氣體下進(jìn)行水解反應(yīng)，水解反應(yīng)的溫度為60～200℃，反應(yīng)的時(shí)間為0.1～40h。
進(jìn)一步，氧化后的木質(zhì)纖維素水解時(shí)，其質(zhì)量與水的質(zhì)量比為0.01～0.25。
上述方法在水解木質(zhì)纖維素中纖維素組分生成單糖的應(yīng)用。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
本發(fā)明的方法是利用分子氧氣相氧化使木質(zhì)纖維素中部分官能團(tuán)轉(zhuǎn)化為羧基，然后在羧基的催化作用下，木質(zhì)纖維素水解反應(yīng)生成單糖，該方法反應(yīng)條件溫和、易于操作、單糖回收率高、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。該方法采用可再生資源木質(zhì)纖維素為原料，并將木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化為單糖，使木質(zhì)纖維素得到有效利用，并解決了現(xiàn)有農(nóng)作物秸稈焚燒造成的環(huán)境問(wèn)題。該方法將木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化為單糖的過(guò)程中，避免了額外添加催化劑，解決了木質(zhì)纖維素不易溶解，難以與催化劑的活性中心接觸的難點(diǎn)。
附圖說(shuō)明
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