[发明专利]一种利用玉米芯水解糖化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及绿色节能技术，具体的说是一种利用玉米芯水解糖化的方法。

背景技术

近年来，随着能源问题和环境问题的日益凸显，人类节能环保意识日益增强。当前，化学工业中污染已经成为一个亟待解决的问题，人们希望实现节能绿色的原子经济，实现污染的零排放，采用无毒无害原料，生产环境友好的产品。

我国是一个农业大国，玉米的年产量高达1.1～1.3亿吨，年储量也很高，达到2000万吨。过去，人们没有意识到玉米芯的利用价值，大量的玉米芯被作为碳源烧掉或者废弃物丢掉。近年来，人们利用酸水解技术从玉米芯当中获取木糖，然后通过进一步深加工获得木糖醇等产品。葡萄糖同样也是重要的平台化合物，它可以进一步通过工业生物技术或催化技术，转化为乙醇、乳酸、乙二醇、甘油、烯烃或烷烃等重要石化燃料和化学品。因此，利用水解技术从玉米芯生产木糖及葡萄糖具有很大的现实意义。

目前工业生产中主要是采用质子酸(如硫酸、盐酸等)液体催化剂。它们以分子(离子)形态参与化学反应，因此在较低的温度下就有相当高的催化活性。但使用这类催化剂时存在一系列问题，如对生产设备腐蚀严重，设备要求采用昂贵的防腐处理；难同反应体系分离，催化剂不能循环利用，产生大量含酸废液，在工艺上难以实现连续生产；反应过程中副产物多，产品提纯困难。同时玉米芯水解反应过程中产生大量的固体废弃物-木糖渣，在工厂中往往堆积成山，严重影响环境，因此木糖渣的高值化利用也是摆在企业面前严峻的问题。

科学家们一直努力的在研发一些新的催化体系，希望克服液体酸催化剂使用中的缺陷。固体酸催化剂的出现改变了传统液体酸催化剂的反应过程，同液体酸催化剂相比具有易分离，可循环利用，副产物少，成本低等优点，在资源开发、节能环保等方面都有很重要的意义，从环境保护和能源战略角度出发，若这些液体酸催化剂能以无毒无害的固体酸催化剂来代替，则上述液体酸诸多问题就可得到解决。因此，以固体酸代替液体酸作催化剂是实现环境友好催化新工艺的一条重要途径。

人们早就开始对固体酸进行了研究，如酸性无机氧化物固体强酸(如沸石、铌酸、氧化硅-氧化铝)等已经在工业上进行使用，给社会做出了很大的贡献。最近，碳基固体强酸被研发来提高酸催化的性能，降低催化剂成本，这种新型催化剂可通过不完全碳化芳烃而得到多聚芳烃的结构或将糖类化合物经过炭化，形成具有多环芳烃结构的稳定载体，然后通过磺化负载磺酸基。碳基固体强酸的制备过程简单，具有很高的酸密度以及稳定性，在绿色化工过程中具有很大的应用潜力。

综合已有的文献和专利报道来看，现有的玉米芯糖化工艺主要采用的都是液体酸，并且生产过程中产生大量的固体液体废弃物，这不符合目前所提倡的绿色环保的理念。

发明内容

本发明目的在于提供一种利用玉米芯水解糖化的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种利用玉米芯水解糖化的方法，以玉米芯残渣为碳源，在低温加热条件下碳化得到碳材料，干燥后的碳材料经过磺化剂磺化后，得到碳基固体酸材料，然后利用碳固体酸材料对玉米芯进行水解糖化获得单糖。

将碳基固体酸与玉米芯在溶剂的存在下于80-180℃，反应1-48h而后过滤，即得到利用玉米芯进行水解糖化获得木糖和/或葡萄糖；其中碳基固体酸与玉米芯质量比为1∶0.1-10，溶剂与玉米芯和固体酸总固体量的质量体积比为：1∶1-0.02。

将碳基固体酸与玉米芯在溶剂的存在下于120℃，反应24h而后过滤，即得到利用玉米芯进行水解糖化获得木糖和/或葡萄糖；其中碳基固体酸与玉米芯质量比为1∶1，溶剂与玉米芯和固体酸总固体量的质量体积比为：1∶0.01。

所述溶剂为水，水与溶剂与玉米芯和固体酸总固体量的体积质量为1-20∶1。所述玉米芯为粉碎粒度为30-300目的玉米芯颗粒；所述反应过程中进行机械搅拌，搅拌速度为40-600转/分。

所述碳基固体酸为将玉米芯残渣在100-200℃的烘箱中烘干使其含水率小于10％，然后在200-600℃条件下进行碳化0.5-24h，得到的碳材料，而后将所得碳材料在80-300℃在磺化剂作用下进行磺化处理2-48h，其中碳材料与磺化剂的质量体积比为1∶1-0.01。

所述碳基固体酸为将玉米芯残渣在110℃的烘箱中烘干使其含水率小于10％，然后在450℃条件下进行碳化2h，得到的碳材料，而后将所得碳材料在150℃在磺化剂作用下进行磺化处理10h，其中碳材料与磺化剂的质量体积比为1∶0.03。所述磺化剂为浓硫酸、发烟硫酸、三氧化硫，羟基苯磺酸或羟乙基磺酸。