[发明专利]一种低共熔溶剂、其制备方法和在水解纤维素制备葡萄糖中的应用

说明书

本发明公开了一种低共熔溶剂，其氢键供体为质子酸，氢键受体为含特定官能团的铵盐，所述特定官能团为烯烃基、磺酸基、羧基、醚基、氨基或巯基，该低共熔溶剂可高效水解纤维素为葡萄糖。本发明还公开了利用该低共熔溶剂水解纤维素类生物质制备葡萄糖的方法，将纤维素类生物质、低共熔溶剂加入反应器中，于80～120℃下反应0.5～10h，得到水解产物葡萄糖。本发明方法在纤维素类生物质制备葡萄糖过程中具有还原选择性高，葡萄糖产品产率高的特点，可保证葡萄糖产品符合生产质量要求，具有很好的经济、环境和社会效益。

技术领域

本发明涉及纤维降解技术领域，具体涉及一种低共熔溶剂、其制备方法以及在水解纤维素类生物质制备葡萄糖方面的应用。

背景技术

随着石油、煤炭等不可再生资源的日益匮乏以及各国对环境污染问题的日益关注和重视，纤维素必将成为未来最重要的工业原料之一。通过降解纤维素生产燃料和制备化学产品将是一个很好的发展方向。纤维素降解一般有酸降解法、碱降解法和氧化法等，通过降解，糖苷键断裂生成低聚糖或单糖，进一步可得到燃料乙醇、丙酮醛等。目前，纤维素降解研究多集中在酸性降解法，而传统的酸性降解法对反应器性能要求高且不能回收酸液，对酸液的处理加重了环境的负荷；碱降解法也有酸降解法的缺陷，且需要高温处理，而氧化法需要采用强化剂，可能会导致降解不完全。

低共熔溶剂是在室温或接近室温(低于100℃)下由多种组分反应形成的类似于离子液体的液体物质。它具有离子液体所有的特征，几乎没有蒸汽压，具有良好的热稳定性和化学稳定性，它能作为环境友好的反应和分离介质。与离子液体相比，它具有原料环保，生产成本低等优点，可应用于大规模工业生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术存在的普通酸碱降解法以及氧化法对设备腐蚀严重、操作条件较为苛刻、产生大量废酸废碱液、对环境有潜在危害等问题，提供了一种可水解纤维素的低共熔溶剂，以及用该低共熔溶剂水解纤维素类生物质原料制备葡萄糖的方法。

为达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种低共熔溶剂，其包括氢键供体和氢键受体，所述氢键供体为质子酸，氢键受体为含特定官能团的铵盐，所述特定官能团为烯烃基、磺酸基、羧基、醚基、氨基或巯基。

本发明低共熔溶剂中官能团的确定考虑了影响纤维素类生物质转化为葡萄糖过程的多种因素，文献中报道胆碱类低共熔溶剂的粘度一般在2000cP以上，不利于反应物的接触，传质慢，反应效率较低，本发明低共熔溶剂粘度可降为500cp以下，烯烃基可将粘度降至70～100cp，远低于胆碱类低共熔溶剂，保证了反应的动力学可行性，改善了纤维素类生物质水解效率。此外，烯烃基的共轭结构还可以促进反应的进行；磺酸基低共熔溶剂具有两个酸位点，一是有磺酸基铵盐有一个酸位点，二是质子酸配体也同样有一个酸位点，极大的增强了低共熔溶剂的酸性，这对于需要较强酸性环境的纤维素类生物质水解过程是非常有益的，而一般的胆碱类低共熔溶剂有一定的碱性，阻碍了反应的进行；羧基、氨基、巯基等均可提高纤维素水解性能。

优选地，所述氢键受体和氢键供体的摩尔比为1:0.5～2。

优选地，所述质子酸为对甲苯磺酸一水合物、对甲苯磺酸、甲磺酸、草酸、甲酸、硫酸或乙酸。

优选地，所述含特定官能团的铵盐的制备方法为：将有机胺和具有所述特定官能团的化合物加入溶剂中，在氮气保护下加热回流反应3～7h，蒸除溶剂，干燥得含特定官能团的铵盐；

所述有机胺为R₁R₂R₃N，其中R₁、R₂和R₃可相同或不同地分别为氢、甲基、乙基、丙基、苄基或C3～C6环烷基；