[發明專利]一種利用生物質碳基固體酸催化劑提高預提取半纖維素及其水解糖化效率的方法

在審

• 申請號: 201811476493.0
• 申請日: 2018-12-05
• 公開（公告）號: CN109482199A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 倪建萍;石瑜
• 申請（專利權）人: 中國制漿造紙研究院有限公司
• 主分類號: B01J27/02
• 分類號: B01J27/02;C13K1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種利用生物質碳基固體酸催化劑提高預提取半纖維素及其水解糖化效率的方法，包括以木材類生物質材料為碳源，粉碎過篩收集粉末，通過碳化?磺化法制備固體酸；利用該固體酸催化預水解過程，提高半纖維素脫除率；利用該固體酸對預水解液進行進一步地水解糖化得到單糖類化合物。由于該固體酸具有易分離、穩定性好、可重復使用等優點，因此能有效減少后續硫酸鹽蒸煮的化學藥品用量，降低生產成本、降低污染負荷。本發明應用于溶解漿制造工藝領域。

技術領域

本發明屬于溶解漿制造工藝領域，具體涉及一種利用生物質碳基固體酸催化劑提高預提取半纖維素及其水解糖化效率的方法。

背景技術

以硫酸鹽法為基礎的溶解漿制漿工藝是基于制漿造紙平臺的生物質精煉模式之一，該方法在制漿前進行預水解以脫除半纖維素從而獲得較高質量的溶解漿。預水解液中含有半纖維素降解產物、小分子木素、糠醛、乙酸等產物，這些組分經過回收再利用，一方面可以減輕環境污染負荷，另一方面可以給制漿造紙企業帶來額外的經濟效益。

將木質纖維素類生物質原料水解成單糖形式是利用生物質合成乙醇及其他重要化合物的關鍵步驟。液體酸(如硫酸、鹽酸等)催化劑由于成本低、反應迅速且水解效果好而被廣泛使用，但是液體酸腐蝕性強，設備需采用昂貴的防腐處理，造價高；水解液中的糖會繼續發生降解反應；催化劑難于循環利用，產生大量含酸廢液，不符合目前倡導的綠色化工要求，因而其發展具有局限性。生物質碳基固體酸催化劑是以生物質為原料進行不完全碳化后，經磺化處理負載上酸性基團所得，與硫酸相比具有相當的催化性能，具有容易分離、可重復利用的特性，水解所生成的糖不易發生降解。

固體酸催化劑多是起源于生物柴油方面，目前已有學者開展了固體酸的制備及其催化纖維素或生物質原料水解的研究。中國專利201010209911.7公開了一種利用農林廢棄物(如秸稈、竹屑、木屑中的一種或多種的混合物)制備固體酸催化劑的方法，中國專利201410291323.0公開了一種以薯類為原料制備耐高溫可再生炭基固體酸催化劑，這2種方法都是通過熱解碳化-磺化法制備固體酸催化劑；中國專利201110432081.9公開了一種利用玉米芯水解糖化的方法，該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，利用該碳基固體酸材料對玉米芯進行水解糖化獲得單糖。

將現有開發的技術制備生物質碳基固體酸催化劑，并將其應用到預水解過程，這對半纖維素的開發利用具有重要的意義。為了純化預水解液并且充分利用其中的各個組分，預水解液需經進一步分離，再將半纖維素轉化為單糖，但是本發明中為方便起見，未對預水解液分離，直接考察了生物質碳基固體酸催化劑的酸水解效率。

發明內容

本發明目的在于提供一種利用生物質碳基固體酸催化劑提高預提取半纖維素及其水解糖化效率的方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種利用生物質碳基固體酸催化劑提高預提取半纖維素及其水解糖化效率的方法，以木材類生物質材料為碳源，粉碎過篩收集粉末，通過碳化-磺化法制備固體酸；利用該固體酸催化預水解過程，提高半纖維素脫除率；利用該固體酸對預水解液進行進一步地水解糖化得到單糖類化合物。具體步驟如下：

(1)生物質碳基固體酸的制備：以來源廣泛的木材類生物質材料為碳源，切片粉碎過篩收集粉末，通過碳化-磺化法制備固體酸；

(2)生物質碳基固體酸催化預水解過程：預水解反應溫度為60～170℃，反應時間為0.1～9h；底物與固體酸的質量比為1∶0～10，溶劑水與底物和固體酸總固體量的質量比1∶1～0.02；

(3)生物質碳基固體酸催化預水解液水解糖化得到單糖類化合物：水解糖化反應溫度為60～170℃，反應時間為0.1～9h，預水解液固形物與固體酸的質量比為1∶0.1～10，溶劑水與預水解液固形物和固體酸總固體量的質量比1∶1～0.02。