[发明专利]一种磁性毛竹炭固体酸催化剂及制备方法及其在制备低聚木糖中的应用

说明书

技术领域

本发明属于低聚木糖制备领域，特别涉及一种磁性毛竹炭固体酸催化剂及制备方法及其在制备低聚木糖中的应用。

背景技术

低聚木糖是一种重要的功能性聚糖，可由半纤维素部分水解制得，广泛应用于医药、食品等领域。目前低聚木糖生产主要采用酶解法和低温酸水解法，存在着工艺复杂、耗时长、原料要求高、酶成本高等缺点。因此，开发高效快速的低聚木糖制备工艺具有重要的现实意义。

低聚木糖制备工艺的改良主要涉及两方面：(1)催化剂的优化；(2)反应工艺的改良。传统酶解法制备低聚木糖过程中，由于酶成本高，且容易失活，循环利用性能差，从而导致低聚木糖生产成本过高，阻碍其在工业中的有效利用。近年来，低温酸水解法制备低聚木糖工艺受到广泛关注。半纤维素在酸性条件下发生不完全水解，因此酸性催化剂对低聚木糖的制备起着非常重要的作用。酸解法主要通过酸性催化剂在一定温度和压力下促使半纤维素发生不完全水解，从而生成低聚木糖。与酶解法相比，酸解法具有简便、适用性广的优点。但常用的酸性催化剂为无机酸催化剂，如硫酸、磷酸等，存在着环境污染严重、设备腐蚀严重、催化剂回收困难的缺点。而磁性固体酸催化剂具有易于回收、绿色环保的优点，是取代无机酸催化剂的理想原料。此外，微波水热法具有原料适用性广、快速简便、耗时短等优点，是一种有效水解半纤维素的技术。因此，提供一种磁性毛竹炭固体酸催化剂及制备的方法及其在催化玉米芯为低聚木糖中的应用，为低聚木糖的工业生产提供理论和技术指导具有重要意义。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种磁性毛竹炭固体酸催化剂的制备方法。

本发明的另一目的在于提供所述方法制备得到的磁性毛竹炭固体酸催化剂。

本发明的又一目的在于提供所述磁性毛竹炭固体酸催化剂在制备低聚木糖中的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种磁性毛竹炭固体酸催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将毛竹去皮后粉碎，过筛，得到毛竹粉；

(2)将步骤(1)中得到的毛竹粉加入到铁盐溶液中，混合均匀，静置，旋转蒸发，得到催化剂前驱体；

(3)将步骤(2)中得到的催化剂前驱体进行碳化，得到碳化产物；

(4)将步骤(3)中得到的碳化产物加入到磺化试剂中进行磺化，得到磺化产物；

(5)将步骤(4)中得到的磺化产物滴加到水中，过滤，洗涤，干燥，得到磁性毛竹炭固体酸催化剂。

步骤(1)中所述的毛竹粉的颗粒大小优选为40～80目。

步骤(2)中所述的毛竹粉的添加量优选为按每mL铁盐溶液配比0.0067～0.02g毛竹粉计算。

步骤(2)中所述的铁盐溶液优选为氯化铁溶液；更优选为浓度为10～100mmol/L的氯化铁溶液。

步骤(2)中所述的混合优选为采用恒温震荡的方式进行混合。

所述的恒温震荡的转速为100～150rpm，时间为5～10h。

步骤(2)中所述的静置的时间优选为12～24h。

步骤(3)中所述的碳化优选为在管式炉中进行碳化。

步骤(3)中所述的碳化的温度为400～700℃；优选为500℃。

步骤(3)中所述的碳化的时间为1～5h；优选为1～2.5h。

步骤(4)中所述的磺化试剂优选为浓硫酸。

步骤(4)中所述的碳化产物的添加量优选为按每mL磺化试剂配比0.05～0.1g碳化产物计算。

步骤(4)中所述的磺化的温度为60～150℃。

步骤(4)中所述的磺化的时间为1～10h；优选为6～10h。

步骤(5)中所述的水优选为去离子水。

一种磁性毛竹炭固体酸催化剂，通过上述任一项所述的方法制备得到。

所述的磁性毛竹炭固体酸催化剂在制备低聚木糖中的应用。

一种低聚木糖的制备方法，包括如下步骤：

(I)前处理：将农林生物质原料粉碎，过筛，球磨，得到农林生物质原料粉末；

(II)催化反应：将得到的农林生物质原料粉末、上述磁性毛竹炭固体酸催化剂和水置于聚四氟乙烯反应器内，然后在高压微波下进行反应；

(III)后处理：反应结束后冷却，抽滤、取滤液、浓缩，然后用乙醇溶液沉淀、离心，取沉淀，再冷冻干燥，得到低聚木糖。

步骤(I)中所述的农林生物质原料为含有半纤维素的农林生物质原料；优选为玉米芯。