[发明专利]一种降解木质纤维素的方法及其应用

说明书

本发明涉及生物化工技术领域，具体提供了一种降解木质纤维素的新方法，是以卤盐溶液为溶剂，以无机浓酸为催化剂，将木质纤维素材料在常压下于100‑130℃反应10‑120min，反应结束后，即得到木质纤维素水解液。所述方法是在高盐浓度下水解木质纤维素材料，且以浓酸为催化剂，耗酸量少，条件温和，反应时间短，对反应器腐蚀性小，反应进度容易控制。本发明选用质量百分比为60%‑65%的卤盐溶液作为溶剂对木质纤维素材料进行降解，所得木质纤维素水解液中木糖和葡萄糖的得率得到大幅度提升，均高于90%，取得了意料不到的技术效果。

技术领域

本发明涉及生物化工技术领域，具体的提供了一种降解木质纤维素的方法及其应用。

背景技术

木质纤维素是自然界丰富的可再生资源，在普遍的农作物中，纤维素约占其干重的45％左右。秸秆的主要化学成分是纤维素、半纤维素、木质素，上述三种物质的总重量基本保持在70％左右。将纤维素和半纤维素降解成以葡萄糖、木糖为主的糖类物质并转化为液体燃料和化工原料是高效利用秸秆的理想途径之一。

纤维素本身是非均质的，不同部位对同一化学试剂或催化剂表现出不同的可及度，另外由于纤维素分子间和分子内氢键的作用，其多相反应必须经历由表及里的逐层反应过程，纤维素在温度高于250℃才开始热分解，其分子结构中侧链断裂生成小分子产物，这是造成纤维素转化率低、产品均匀性差等缺点的重要原因；同时，这也导致纤维素需要较高温度才能发生热分解的。但是，在均相反应环境下，纤维素在离子液体体系的作用下，纤维素溶解并形成均匀溶液，分子间与分子内氢键断裂或作用力极弱，反应试剂或催化剂的可及度提高，在一定条件下(如高温、真空或高压)，纤维素中葡萄糖单元中的侧链、羟基等断裂，生成分子量较低的产物。因此，有必要开发新的高效的纤维素转糖技术，促进可再生生物质资源的有效利用。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，提供了一种高效降解木质纤维素材料的新方法。所述方法能显著提高木质纤维素的转化效率，减少反应时间。

本发明一方面提供了一种降解木质纤维素的方法，是以卤盐溶液为溶剂，以无机浓酸为催化剂，将木质纤维素材料在常压下于100-130℃反应10-120min，反应结束后，即得到木质纤维素水解液。

所述卤盐溶液的质量百分比为60％-65％，木质纤维素材料与卤盐溶液的质量体积比为10-15：1，木质纤维素材料与无机酸的质量体积比为10-20：1。

其中，卤盐选自CaCl2、CaBr2、LiBr中的任意一种；

无机浓酸选自盐酸、硫酸、硝酸、磷酸中的任意一种，均为市售浓酸；

木质纤维素材料选自木糖渣、玉米秸秆粉、木粉中的任意一种。

进一步优选的方案，具体是：以质量百分比为60％的CaBr2溶液为溶剂，以市售浓盐酸为催化剂，以玉米秸秆粉为木质纤维素材料，其中玉米秸秆粉与CaBr2溶液的质量体积比为1：10，玉米秸秆粉与浓盐酸的质量体积比为10：1，在常压下于115℃反应15min，即得到木质纤维水解液。

本发明具有以下优点：

与现有技术相比，本发明所述方法是在高盐浓度下水解木质纤维素材料，且以浓酸为催化剂，耗酸量少，条件温和，反应时间短，对反应器腐蚀性小，反应进度容易控制。本发明选用质量百分比为60％-65％的卤盐溶液作为溶剂对木质纤维素材料进行降解，所得木质纤维素水解液中木糖和葡萄糖的得率得到大幅度提升，均高于90％；且随着卤盐溶液浓度的不断增加，木糖的得率略有下降，而葡萄糖的得率略有提高，但木糖的得率始终低于葡萄糖的得率，取得了意料不到的技术效果。本发明所述方法可高效利用木质纤维素资源，为解决长期以来木质纤维素的充分利用问题开辟了新途径，在获取生物能源和生物基化学品发明具有巨大的应用前景。

具体实施方式