[發明專利]離子聚合物及其在加工生物質中的用途

有效

• 申請號: 201780022915.4
• 申請日: 2017-03-16
• 公開（公告）號: CN108884187B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: P·戴森;費兆福;S·斯坦克維奇;G·薩沃格利迪斯
• 申請（專利權）人: 洛桑聯邦理工學院
• 主分類號: C08F12/26
• 分類號: C08F12/26;C08F12/30;C08F212/14;C08F212/34;C13K1/02;D21C5/00
• 代理公司: 北京匯知杰知識產權代理有限公司 11587
• 代理人: 楊巍;蔡倫

本發明提供離子聚合物，其由陰離子和含陽離子的聚合物骨架組成。本發明還提供納入膜中或附著于固體支撐體的離子聚合物以及該離子聚合物在加工生物質中的用途。

技術領域

本發明提供離子聚合物(ionic polymer，IP)，其由陰離子和含陽離子的聚合物骨架組成。本發明還提供納入膜中或附著于固體支撐體的離子聚合物以及所述離子聚合物在加工生物質中的用途。

背景技術

化石燃料的消耗、碳陽極方法對環境的影響以及工業化引起的廢棄物增加是未來工業發展的主要障礙。近年來，向集成生物煉制轉變，作為傳統石化煉制的替代方式，用于生產燃料和平臺化學品(platform chemical)，這一概念正在興起。生物煉制使用木質纖維素生物質而非化石燃料來開發與石化煉制相同的產品，并且對環境的影響大幅降低。

木質纖維素生物質(或簡稱為生物質)主要包括纖維素、半纖維素和木質素，其大的聚合物結構可斷裂為簡單組分，所述簡單組分可進一步用作化學或生物轉化原料。這樣，生物質斷裂為簡單組分產生富含C5糖和C6糖、脂質、蛋白質、酚類和無機鹽的混合物。因此，生物質可視為有價值化合物的有益來源。使用生物質作為碳源的生物煉制的附加優點在于使用廢棄物，并且對環境和社會產生積極影響。因此，將生物質分解為簡單組分以及提取有價值組分的有效技術對于實施并順利運行生物煉制是關鍵的。

有兩種水解方法通常用于從生物質提取糖：酸水解和酶水解。酸水解用稀酸或濃酸進行，然而，稀酸需要高溫和高壓，而濃酸則應在能夠進行進一步處理之前從產物移除。酶法需要酶的穩定供給以及進行預處理以促進纖維素和半纖維素的水解，特別是在從木質纖維素材料進行提取的情況下。此外，在用酶處理木質纖維素的情況下，pH值和溫度必須精確調節且木質素必須在纖維素和半纖維素轉化前分離或移除，這給生物質預處理階段增加了額外的步驟。因此，目前的方法在加工以斷裂一些結晶區域之前使用了纖維素的預處理，這增加纖維素中無定型區域的百分比；反過來這又加速了解聚為葡萄糖并提高了整體產率。有幾種預處理方法，例如生物法、物理法、化學法和物理化學法。但是，這些預處理方法因使用高成本的溶劑而昂貴，并且這些預處理方法為能源密集型的或者耗時長。

作為傳統礦物酸水解的替代方法，還有若干種其他方法，例如使用固態酸催化劑，其因簡化了下游工藝而被認為對環境更加友好。例如，磺酸(–SO₃H)官能化的固態催化劑表現出對纖維素水解的高效催化性能，而且根據載體的形態而顯示出不同的催化效果。

離子液體(ionic liquids，IL)已作為其他替代方法用在生物質的加工中，作為傳統方法的預處理或作為隨后與酶發生反應的纖維素的溶劑。基于離子液體的預處理作為基于水的預處理的低成本替代方法已在酶水解和酸水解中展現出前景。研究證明了纖維素水解中使用離子液體的優勢。纖維素的分解使反應速率因纖維素中糖苷鍵的可接近性而增加。這種方法的一個缺點在于，使用濃度高達98重量％的濃礦物酸H₂SO₄，其需要小心處理且為揮發性的。另一報道暗示了使用IL，也是作為纖維素的溶劑，但與固態酸催化劑一起用于纖維素的水解。雖然這一體系表明了可以將纖維素轉化物單糖，但非均相催化劑會因不充分混合而造成產率低。US 2010/0319862A1(The Board of Trustees of the Universityof Alabama)公開的方法涉及包括離子液體(IL)和分餾聚合物(例如聚亞烷基二醇)的多相(例如兩相)組合物，基本不存在用于加工生物質的水。

近來，含酸單元的IL已在有選擇地分解生物質中以及在組分的同時催化轉化中顯示出突出性能。例如，US 8,575,374B1(DeLong et al.)公開，解聚方法涉及將生物質溶解在均相溶液中，所述均相溶液包括離子液體溶劑和作為解聚催化劑的離子液體催化劑。解聚反應速率通過加熱和攪拌離子液體溶劑和離子液體催化劑溶液而加速。然而，在用固態酸和/或IL水解的過程中存在的主要缺點在于發生滲出和/或分離方面的困難，這限制了其應用。