[发明专利]利用生物质残渣基磁性纳米固体酸催化剂催化水解纤维素的方法

说明书

技术领域

本发明涉及催化剂应用，是一种利用生物质残渣基磁性纳米固体酸催化剂催化水解纤维素的方法，其磁性纳米固体酸催化剂是以生物质水解残渣为原料制备的一种催化剂。

背景技术

随着社会的不断发展，能源和资源短缺越来越成为制约人类发展的瓶颈。目前，以煤、石油和天然气为代表的化石资源为全球提供了86%的能源和96%的有机化合物，但是仅靠日益枯竭的化石资源已难以维持人类的持续发展，并且化石能源的开采利用造成了严重的环境问题。因此，开发出洁净的可再生能源成为了实现人类可持续发展的迫切需要，寻找新能源成为了社会经济持续发展的重大战略方向，能源清洁的转化利用技术成为了未来经济发展的希望与源泉。

生物质是目前世界上唯一一种可固定碳的可再生能源，也可以提供各种化工原料，因此对其高效和洁净转化过程的研究日益受到世界各国的重视。纤维素占世界碳含量的50%以上，是世界上最丰富的天然有机物，且利用纤维素不会与人类的食物供应相争，因此实现纤维素的有效转化在生物质转化利用中占据重要的位置。纤维素的用途之一就是先将纤维素水解为葡萄糖，再经由葡萄糖生成乙醇或其他醛、醇、酸等化学品，因而纤维素水解是纤维素转化利用技术中的关键步骤。水解反应是水与另一化合物的反应，该化合物分解为两部分，水中氢原子加到其中一部分，而羟基加到另一部分，得到新的化合物。工业上应用较多的是有机物的水解，纤维素是生物质的主要内含物，主要由D-葡萄糖-β，4-苷键相连而成，将其高效水解成葡萄糖及其它的有机化合物是生物质利用的关键。

2009年，周丽娜在催化学报2009年第三期第196页～200页发表的“碳基磺酸化固体酸材料的制备及其催化性能”一文中，公开了以蔗糖为原料制备的碳基磺酸化固体酸材料催化乙酸乙酯的水解反应，结果表明该催化剂对反应具有较高的催化活性且水解很彻底；2010年，赵银中在现代化工2010年 第九期第40页～42页发表的“磺化碳固体酸催化旧瓦楞纸箱水解糖化”一文中公开了用制备的磺化固体酸催化剂催化可再生植物纤维旧瓦楞纸的糖化水解反应，结果表明固体磺酸可以有效的催化水解旧瓦楞纸水解糖化。所以，生物质水解液化残渣制备磁性纳米固体酸催化剂的问题解决以后，提高生物质水解液化残渣制备的磁性纳米固体酸催化剂的合理利用是目前需要解决的又一个问题，并且，生物质水解液化残渣制备磁性纳米固体酸催化剂，再以其催化剂催化纤维素的水解，提高催化水解效率，形成良性循环利用，减少了资源的浪费。

发明内容

本发明的目的是：提供一种以生物质残渣基磁性纳米固体酸催化剂催化纤维素水解的方法，目的是扩大纤维素水解领域的范围和增多纤维素催化水解的方法，在生物质技术转化领域提供一种新的能源循环利用方案，也在磁性纳米固体酸催化剂领域提供了催化剂利用的新途径。

本发明的目的是由以下技术方案来实现的：一种利用生物质残渣基磁性纳米固体酸催化剂催化水解纤维素的方法，其特征是：包括以下步骤：

1）称取预先准备好的纤维素放入不锈钢反应釜中，加入蒸馏水和生物质残渣基磁性纳米固体酸催化剂，其中纤维素与蒸馏水的质量比为1:80～100，纤维素与所述生物质残渣基磁性纳米固体催化剂的质量比为1:3～5，磁力搅拌子搅拌使三者在反应前混合均匀；

2）将步骤1）制得的混合物加热，温度达到130～150℃时，保温1～3h进行反应,待反应结束后将本步骤所述反应的产物用离心机进行离心分离，离心机转速为8000r/min，离心机分离获得的上清液即纤维素水解液，残渣为包含步骤1）所述催化剂的生物质残渣。

所述生物质残渣基磁性纳米固体酸催化剂为按照申请号2014102222590的发明专利申请“利用生物质水解液化残渣制备磁性纳米固体酸催化剂的方法” 制备的生物质残渣基磁性纳米固体酸催化剂。

所述纤维素为微晶纤维素或天然纤维素或两者的混合物。