[發(fā)明專利]一種基于有機(jī)金屬骨架UiO-66的催化劑在纖維素水解中的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010101789.5
• 申請(qǐng)日: 2020-02-19
• 公開（公告）號(hào): CN111359663B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 童東紳;董玉蕭;任來(lái)賓;俞衛(wèi)華;周春暉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J31/22
• 分類號(hào): B01J31/22;B01J27/188;C07H1/00;C07H3/02
• 代理公司: 杭州杭誠(chéng)專利事務(wù)所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發(fā)明涉及纖維素水解催化劑的制備技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種基于有機(jī)金屬骨架UiO?66的催化劑在纖維素水解中的應(yīng)用，所述催化劑為UiO?66、UiO?66?X、HPW/UiO?66及HPW/UiO?66?X中的一種，其中?X為?NH₂、?COOH、?2COOH中的一種；UiO?66和UiO?66?X由ZrCl₄和有機(jī)配體反應(yīng)制得；HPW/UiO?66及HPW/UiO?66?X為負(fù)載了磷鎢酸的UiO?66和UiO?66?X；催化劑應(yīng)用于纖維素水解時(shí)，與纖維素的質(zhì)量比為1：(5～10)。本發(fā)明制備出基于有機(jī)金屬骨架UiO?66的有機(jī)?無(wú)機(jī)雜化可回收催化劑，用于纖維素水解反應(yīng)中時(shí)，有優(yōu)異的催化性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及纖維素水解催化劑的制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于有機(jī)金屬骨架 UiO-66的催化劑在纖維素水解中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

纖維素是自然界中分布最廣、含量最多的一種多糖，不溶于水及一般有機(jī)溶劑，是植物細(xì)胞壁的主要成分。纖維素降解和轉(zhuǎn)化方法的研究已成為當(dāng)今科技界的一大研究熱點(diǎn)，它對(duì)解決當(dāng)前的資源、能源和環(huán)境問題都具有重要意義。很多種潛在的重要的化學(xué)物質(zhì)可以都可以由纖維素產(chǎn)生，纖維素通過(guò)水解分解成葡萄糖，葡萄糖進(jìn)一步脫水產(chǎn)生5-羥甲基糠醛 (HMF)，其主要用于合成各種工業(yè)上重要的化學(xué)品，是一種平臺(tái)化學(xué)品，用于合成許多有用化合物和新型高分子材料，包括醫(yī)藥、樹脂類塑料、柴油燃料添加物等，因此羥甲基糠醛有望成為基于生物質(zhì)資源的新型平臺(tái)化合物。

但纖維素難以水解，因?yàn)楦鞣N脫水葡聚糖單元之間存在分子內(nèi)和分子間的氫鍵，這種纖維素中的廣泛的氫鍵使其成為部分結(jié)晶且堅(jiān)固的材料，阻止了化學(xué)反應(yīng)，因此尋找一種高效的纖維素水解方法，對(duì)纖維素的能源化利用有著重要意義。現(xiàn)有技術(shù)中纖維素的水解方法主要有硫酸法、酶解法等。例如，一種在中國(guó)專利文獻(xiàn)上公開的“使用纖維素酶吸附酶解秸稈纖維素的方法”，其公告號(hào)CN100497647，步驟如下：將經(jīng)蒸汽爆破和干燥處理的汽爆秸稈與纖維素酶酶液混合，在-4℃～0℃下進(jìn)行吸附-解吸；待吸附-解吸達(dá)到平衡后，進(jìn)行固液分離，得上清和吸附有纖維素酶的汽爆秸稈；再將吸附有纖維素酶的汽爆秸稈在40℃～50℃下酶解 48～72小時(shí)；如此反復(fù)上述吸附-解吸和酶解過(guò)程1-4次。

但是酶解法中，酶的價(jià)格高且活性低，單糖收率低，并且存在需要從反應(yīng)生成物中分離酶的問題，操作復(fù)雜；而使用硫酸法水解纖維素，單糖收率同樣不理想，并且原料易對(duì)裝置進(jìn)行腐蝕，廢棄物也要進(jìn)行中和處理。因此，如何高效簡(jiǎn)便的將纖維素轉(zhuǎn)化為葡萄糖是纖維素利用的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的纖維素水解方法中，存在纖維素水解轉(zhuǎn)化率低，反應(yīng)操作復(fù)雜，反應(yīng)物會(huì)對(duì)設(shè)備造成腐蝕等問題，提供一種基于有機(jī)金屬骨架UiO-66的催化劑在纖維素水解中的應(yīng)用，制備出基于有機(jī)金屬骨架UiO-66的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化可回收催化劑，同時(shí)具有Bronsted和Lewis酸位點(diǎn)，用于纖維素水解反應(yīng)中時(shí)，表現(xiàn)出了優(yōu)異的催化性能，提高了纖維素的水解轉(zhuǎn)化率，且無(wú)腐蝕性，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于有機(jī)金屬骨架UiO-66的催化劑在纖維素水解中的應(yīng)用，所述催化劑為UiO-66、 UiO-66-X、HPW/UiO-66及HPW/UiO-66-X中的一種，其中-X為-NH₂、-COOH、-2COOH中的一種；所述UiO-66和UiO-66-X由ZrCl₄和有機(jī)配體反應(yīng)制得；所述HPW/UiO-66及 HPW/UiO-66-X為負(fù)載了磷鎢酸的UiO-66和UiO-66-X；所述催化劑應(yīng)用于纖維素水解時(shí)，與纖維素的質(zhì)量比為1：(5～10)。

本發(fā)明中使用的基于有機(jī)金屬骨架UiO-66的催化劑是由金屬離子(Zr)與有機(jī)配體通過(guò)自組裝過(guò)程雜化生成的一類具有周期性多維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔晶體材料，與傳統(tǒng)的活性炭和沸石材料相比，其具有特殊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且孔結(jié)構(gòu)高度有序，孔尺寸可控。同時(shí)，由于所述催化劑的孔道是由金屬和有機(jī)組分共同構(gòu)成，因此其性能可以通過(guò)選擇不同的有機(jī)配體來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。