[发明专利]一种木质纤维素基固体酸催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种木质纤维素基固体酸催化剂的制备方法。首先称取糖类物质加入盐酸溶液中预浸渍，得到混合料；混合料过滤后所得滤液置于马弗炉中，在氮气保护下加热处理，得到黑色固体粉末；将黑色固体粉末加入发烟硫酸中油浴加热反应，得到混合物；混合物冷却至室温，加入蒸馏水减压抽滤，所得产物洗涤至中性；洗涤后所得产物进行真空干燥，干燥后得到木质纤维素基固体酸催化剂。利用本发明方法制备的木质纤维素基固体酸催化剂催化活性高，对设备无腐蚀，是环境友好型固体酸催化剂，能高效地催化由纤维素水解为葡萄糖的反应。

一、技术领域：

本发明涉及固体酸催化剂技术领域，具体涉及一种木质纤维素基固体酸催化剂的制备方法及其应用。

二、背景技术：

随着地球上天然蕴藏矿化石能源的消耗以及人类对能源需求的日益增加，环境问题和能源危机等问题相继出现。寻找替代化石资源的可再生资源是解决上述问题的重要方法之一。因此，人们将目光投向了地球上含量最多的可再生资源--生物质资源。生物质资源中的木质纤维素以其来源广泛、廉价和可再生而成为最具潜力的替代资源。木质纤维素主要由纤维素、半纤维素及木质素组成。预处理木质纤维素可得纤维素，纤维素进一步水解可得易利用的单糖。使用液体酸催化剂水解纤维素，因副产物多、易腐蚀设备，且易造成环境污染等缺点，难于应用。而酶催化的水解反应时间长，且酶活性易受到抑制。因此，固体酸是一种极有前景的用于纤维素水解的酸催化剂。炭基固体酸催化剂是一种酸度值可以媲美液体硫酸的固体酸催化剂。近年来，对它的研究成为热点。由于炭基固体酸催化剂催化的纤维素水解反应为固-固反应，催化剂与底物的接触成为影响反应进行的关键因素。

2007-2012年，宗敏华教授(Preparation of a sugar catalyst and its usefor highly efficient production of biodiesel.Green Chemistry,9(5),434-437；Efficient production of biodiesel from high free fatty acid-containing wasteoils using various carbohydrate-derived solid acid catalysts.BioresourceTechnology,99(18),8752-8758；A highly active bagasse-derived solid acidcatalyst with properties suitable for production of biodiesel.CHEMSUSCHEM,5(8),1533-1541；Efficient hydrolysis of cellulose over a novel sucralose-derived solid acid with cellulose-binding and catalytic sites.Journal ofAgriculture and Food Chemistry 62,1905-1911)利用糖类物质(葡萄糖、蔗糖、三氯蔗糖、纤维素、淀粉、甘蔗渣和水稻秸秆等糖类物质)为原料，采用炭化和磺化的技术路线制备出炭基固体酸催化剂。该催化剂催化活性明显高于其它催化剂，并且重复利用稳定性好。用此方法所制得的催化剂催化纤维素水解为葡萄糖的效率远远高于现今常用固体酸催化剂如离子交换树脂、超强酸和杂多酸等。

由目前研究可知，氯基团作为吸附基团引入，可以与羟基相互作用吸附纤维素而显著提高固体酸催化剂对纤维素的吸附能力，进而提高其催化纤维素水解的能力。但以三氯蔗糖作为原料制备炭基固体酸催化剂增加了制备成本。

三、发明内容：

本发明要解决的技术问题是：根据目前以三氯蔗糖作为原料制备炭基固体酸催化剂成本较高的不足之处，本发明提供一种成本较低的木质纤维素基固体酸催化剂的制备方法及其应用。本发明利用自然界自然存在的生物质资源为原料制备出既含有催化活性基团又含有吸附活性基团的炭基固体酸催化剂，显著降低了制备成本。

为了解决上述问题，本发明采取的技术方案是：