[發明專利]新型磁性固體酸催化劑及在黃姜總皂苷中提取皂素的應用

在審

• 申請號: 202210385692.0
• 申請日: 2022-04-13
• 公開（公告）號: CN114669326A
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 周紅;樊明軒;潘志權;程清蓉;馮露;吳漢軍
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: B01J31/02
• 分類號: B01J31/02;C07J71/00
• 代理公司: 武漢智嘉聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 42231
• 代理人: 姜婷

本發明公開了一種新型磁性固體酸催化劑及在黃姜總皂苷中提取皂素的應用。該新型磁性固體酸催化劑，包括核層和殼層；核層為磁性Fe₃O₄，殼層為SiO₂、巰基硅氧烷、磺酸酯化合物的反應產物。本發明新型磁性固體酸催化劑的制備方法簡單，且磺化方法未采用常規的氯磺酸磺化法，可避免使用氯磺酸造成的操作的危險性；本發明的新型磁性固體酸催化劑應用于以固體酸溶劑熱法醇解黃姜總皂苷提取薯蕷皂素，連續循環三次后皂素提取效率仍比傳統的1.5M硫酸水解效率高；并且該新型磁性固體酸催化劑的結構能夠克服一般的磁性核殼結構易被酸侵蝕無法活性再生的缺點，所制備的磁性固體酸催化劑對設備無腐蝕，對環境友好。

技術領域

本發明涉及磁性納米催化劑技術領域，尤其是涉及一種新型磁性固體酸催化劑及在黃姜總皂苷中提取皂素的應用。

背景技術

黃姜Dioscoreazingiberensis C.H.Wright(DZW)是我國用于生產薯蕷皂素的主要經濟作物。薯蕷皂素作為一種重要的藥用化合物在醫藥領域的有巨大需求，主要作為部分合成口服避孕藥、性激素等甾體藥物的起始原料，其中約60％的甾體類性激素藥物是由薯蕷皂素生產的。目前全世界每年需要4000t薯蕷皂素，而我國皂素的總產量達到3000t，占全球的75％，且仍在逐年增加。

目前，工業上有兩種常規方法從黃姜提取薯蕷皂素。其中一種通常是直接用1.5MH₂SO₄或2M鹽酸或硫酸對原料進行酸水解。據報道每生產1t薯蕷皂素至少需要130-180t干的黃姜根莖，7-8t的98％的H₂SO₄(或15-20t的37％HCl)，還需要1t的10％NaOH中和液以及萃取液120#汽油6t才能完成皂素的提取。該工藝生產薯蕷皂素雖然簡便有效，但酸水解后皂苷轉化為薯蕷皂素的同時，植物殘渣中淀粉也會被酸降解為低分子量糖，以及大多數纖維素殘留在酸性殘渣中，有些部分也被降解成了低分子量的糖。這些低分子量的糖可溶于水并與其他可溶性化合物如蛋白質、有機酸、脂肪酸一起溶解在廢水中，這些種類約占廢水中總有機碳的60％。另外一種方法是從原料中先提取甾體皂苷，再通過在強酸中水解，最后向溶液中加入石油醚，將薯蕷皂素萃取到有機相中。然而，這也不是一種環境友好的方法，因為酸水解液會導致高濃度的化學需氧量COD(約50000-80000毫克/升)、SO4^2-(29700-46200毫克/升)和酸性廢水(H⁺在大量廢水中濃度為1.1-1.2摩爾/升，這樣的生產效率已無法達到《皂素工業水污染物排放標準》(GB20425-2006)。

因此，為了解決基于無機強酸水解技術產生酸度高、色度大、鹽份高、組成復雜的高濃有機廢水的缺點，打破制約皂素工業生產的瓶頸，開發出高效而清潔的皂素生產工藝顯得至關重要。而解決皂苷水解污染以及提高皂素提取率是其中突破的關鍵點，具有重要的經濟和社會效益。

發明內容

本發明的目的在于克服上述技術不足，提出一種新型磁性固體酸催化劑及在黃姜總皂苷中提取皂素的應用，解決現有技術中皂苷水解污染大、皂素提取率低的技術問題。

本發明的第一方面提供一種新型磁性固體酸催化劑，包括核層和殼層；其中，核層為磁性Fe₃O₄，殼層為SiO₂、巰基硅氧烷、磺酸酯化合物的反應產物。

本發明的第二方面提供一種新型磁性固體酸催化劑的制備方法，包括以下步驟：

使Fe₃O₄@SiO₂與巰基硅氧烷反應制備含巰基官能團的磁性前體；

使上述含巰基官能團的磁性前體與磺酸酯化合物反應得到新型磁性固體酸催化劑。

本發明的第三方面提供一種新型磁性固體酸催化劑的應用，該新型磁性固體酸催化劑應用于薯蕷科植物中皂素的提取。