[發明專利]一種提升纖維素水解速率的方法

在審

• 申請號: 202011321172.0
• 申請日: 2020-11-23
• 公開（公告）號: CN114525366A
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 張宗超;楊祎文
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C13K1/02
• 分類號: C13K1/02;C13K13/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明涉及一種提升纖維素水解速率的方法，具體為一種應用有機醛類化合物和二價銅鹽協同催化纖維素水解的方法，屬于纖維素轉化技術領域。所述方法具體是：于纖維素和水的混合物中添加醛類化合物和二價銅鹽，以提高纖維素水解速率。

技術領域

本發明屬于纖維素轉化技術領域，具體涉及纖維素催化水解。

背景技術

當今社會能源供應極大依賴于不可再生的化石資源，這使得人類面臨能源短缺和環境污染等重大挑戰。近三十年，可再生資源的利用受到了科研工作者的廣泛關注。在可再生資源中，纖維素是自然界中存量巨大的可再生含碳資源，糖苷鍵的水解是纖維素轉化為燃料和高值化學品的基礎。

纖維素的化學本質是由脫水葡萄糖單元以β-1,4糖苷鍵連接而成的長鏈高分子多聚糖，長鏈高分子通過大量的分子內和分子間的氫鍵形成致密穩定的空間網絡，使得纖維素非常的穩定難以水解，而要利用纖維素，必須將纖維素水解成葡萄糖等單糖小分子產物。作為氫鍵受體的氯離子和溴離子可以打破纖維素結構內的氫鍵網絡，因此含氯離子和溴離子的溶劑體系被廣泛用于纖維素的轉化中。

銅鹽是一種弱堿鹽，銅離子的金屬中心是一種Lewis酸，而溶于水中還會產生一定的Bronsted酸，有催化糖類聚合物水解的潛力。然而單獨的銅組分對在糖類聚合物水解反應中活性較低，需要配合其他酸性催化劑如其他金屬鹽(Appl.Catal.A-Gen.2011,391(1-2),436-442)酸性離子液體(Science China-Chemistry2016,59(5),564-570)，磺化后的活性炭(IndustrialEngineering Chemistry Research 2013,52(33),11537-11543)，才能催化纖維素的高效轉化。這些傳統方法雖然技術成熟，但是存在纖維素利用率低、耗能大、污染嚴重、對設備要求高等缺點。

WO2009134631A1揭示了一種糖類聚合物制備高值化學品的方法，具體應用兩種金屬鹽的組合，如PdCl₂/CuCl₂，在咪唑型離子液體中催化纖維素高效轉化，反應溫度為120℃，反應0.5h，水解產物的總收率可達60％以上，然而CuCl₂催化活性很低。另外相比于CuCl₂，PdCl₂成本高。因此，如何通過相對廉價的組分和銅鹽協同催化纖維素高效水解是亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的是解決銅基催化劑對纖維素水解活性低的問題，提供了一種采用醛類化合物和二價銅化合物協同催化纖維素水解的方法。具體方法如下：

(1)將醛類化合物和二價銅鹽在20℃～130℃下溶于溶劑中，得到均勻溶液A。所述的溶劑中含有大量氯離子或溴離子，優選氯離子或溴離子的咪唑鹽或季銨鹽或季磷鹽或吡啶鹽。二價銅鹽可以為但不限于氯化銅，溴化銅，硫酸銅，硝酸銅。二價銅的總濃度為8mmol/(kg溶劑)～650mmol/(kg溶劑),優選30mmol/(kg溶劑)～200mmol/(kg溶劑)。其中醛類化合物中醛基與二價銅的物質的量比為0.05～30，優選0.05～10。其中含醛類化合物包括乙醇醛、乙醇醛二聚體、甘油醛、甘油醛二聚體、以及母體結構為的醛類化合物A、或醛類化合物A二聚體中的一種或二種以上，醛類化合物A中R＝C1-C12烷基，C1-C12鹵代烷基，鹵素為Cl和/或Br。

(2)將纖維素和水加入到溶液A中，在80℃～160℃加熱0.1h～12h，即可得到水解產物，通過液相色譜分析產物。纖維素的加入量為溶劑質量的0.5wt％～25wt％。水的加入量為溶劑質量的0.1wt％～50wt％。水解產物包括但不限于葡萄糖，甘露糖。

本發明的有益效果是：采用特定醛類化合物和二價銅鹽協同催化纖維素高效水解

具體實施方式