[发明专利]一种在光热条件下促进含有糖苷键的多糖水解的方法

说明书

本发明提供一种在光热条件下促进含有糖苷键的多糖水解的催化剂及其制备应用，具体而言，该方法采用负载金属的酸性载体为催化剂，在离子液体中，加热和光照条件下，将含有糖苷键的多糖转化为葡萄糖以及5‑羟甲基糠醛。与传统的液体酸水解方法相比，本发明原料不需要预处理，催化剂易于回收，对设备腐蚀性弱。与直接加热过程相比，相同条件下，光热过程可以将纤维二糖水解反应的起始温度降低20℃。该方法为解决纤维素充分利用问题提供了新途径。

技术领域

本发明提供一种在光热条件下促进含有糖苷键的多糖水解的催化剂及其制备应用，具体而言，该方法采用负载金属的酸性载体为催化剂，在离子液体中，加热和光照条件下，将含有糖苷键的多糖转化为葡萄糖以及5-羟甲基糠醛。该方法为温和条件下转化纤维素提供了新途径。

背景技术

石油危机的出现以及化石能源带来的严重环境污染问题，使人们开始关注清洁能源的开发和利用。生物质是仅次于煤、石油、天然气的世界第四大能源，是唯一可代替化石能源产生燃料和化学品的碳资源。据估计，全世界每年通过植物光合作用固定的有机碳达2000亿吨，折合能量达3×10¹⁸千焦，其约相当于每年耗能量的10倍[生物质洁净能源，2002]。纤维素是自然界中储量最大的生物质资源，具有廉价、可降解、不污染环境等特点。纤维素由葡萄糖通过β-1,4-糖苷键脱水形成的线性结构高分子[Chinese Journal ofCatalysis,2011,32:716-722]。纤维素分子中的羟基易于和分子内、分子间的氧原子形成氢键，这些氢键使得整个纤维素形成稳定的结晶区。分子内、分子间氢键形成的多级结构使得纤维素具有较强的化学惰性，较难溶于常见的溶剂。因此，纤维素水解是木质纤维素生物质冶炼的关键过程。纤维素降解技术经历了液体酸水解，酶水解，固体酸水解等研究历程[Applied Catalysis B:Environmental,2015,174-175:225-243]。液体酸水解反应速度较快，但是催化剂和产物分离困难，设备要求高，造成大量的环境污染。酶水解具有条件温和，反应选择性高，环境友好等特点，但是纤维素水解酶作用时间长，效率低，导致生产成本高。固体酸水解纤维素，具有反应产物易于分离，催化剂容易回收利用等优点，但是该类催化剂活性较低。光催化，作为一种温和，绿色，低能耗的技术目前引起人们的广泛关注。耦合光催化与热催化过程能降低整个反应的能耗。基于此，本发明提供一种在光热条件下促进含有糖苷键的多糖水解的催化剂及其制备应用，本方法采用负载金属的酸性载体为催化剂，在离子液体中，加热和光照条件下，将含有糖苷键的多糖转化为葡萄糖以及5-羟甲基糠醛。

发明内容

本发明旨在提供一种光热条件下促进含有糖苷键的多糖水解的方法。为解决上述问题，本技术采取如下解决方案：在加热、光照、离子液体存在条件下，利用负载金属的酸性载体为催化剂，将含有糖苷键的多糖水解为葡萄糖，而后葡萄糖转化为5-羟甲基糠醛。

一种在光热条件下促进含有糖苷键的多糖水解的方法，即在2-5g离子液体中，采用相对于底物50-500wt％的催化剂，在光照和加热条件下保持3-150h，加入0.10-0.45mL水，将25-250mg反应底物即含有糖苷键的多糖转化为葡萄糖以及5-羟甲基糠醛；

所述催化剂的活性成分为金、银、铜、钯、铂、钌、铑、铱、镍、钴、铁、锰中的一种或两种以上。

更进一步，所述催化剂为负载型催化剂，活性组分担载在载体上，所述载体为酸性载体，即Hβ、HY、丝光沸石(MOR)、USY分子筛，酸性离子交换树脂Amberlyst-15中的一种或两种以上复合载体，活性组分金属于催化剂上的含量为0.5-5wt％。

更进一步，所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑氯、1-丁基-3-甲基咪唑氯的一种或两种。

更进一步，加热温度为50-200℃，优选温度为100-120℃。

更进一步，所述光照采用的光源是：氙灯、汞灯、氙汞灯、碘钨灯、LED灯或太阳光，光的波长范围是190-700nm；优选波长范围为420-700nm。