[发明专利]一种硫化氧化锆柱撑蒙脱土复合型催化材料及其制备和在生物质水解中的应用

说明书

本发明公开了一种硫化氧化锆柱撑蒙脱土复合型催化材料及其制备和在生物质水解中的应用。所述的硫化氧化锆柱撑蒙脱土复合材料是将硫化氧化锆柱撑入蒙脱土层间而得到。本发明提供了所述硫化氧化锆柱撑蒙脱土复合材料在生物质水解中的应用，其表现出良好的催化性能，且具有易于分离、产物后处理简单、对设备不腐蚀等优点。

(一)技术领域

本发明涉及一种硫化氧化锆柱撑蒙脱土复合型催化材料及其制备和应用，尤其是将其作为催化剂应用在生物质水解制还原糖领域。

(二)背景技术

进入21世纪，人类面临经济增长和环境破坏的双重压力，煤、石油和天然气等矿物资源过度开采并渐趋枯竭，并造成了严重的环境问题。为缓解双重危机，人们把视线聚焦到可再生资源身上。因此需要改变资源的生产方式和消费方式，用现代技术开发利用包括生物质能在内的可再生资源，对于建立可持续发展的资源系统，促进社会经济的发展和生态环境的改善具有重大意义。这是缓解资源、环境危机的必然选择。生物质的主要成分是木质纤维素，而纤维素是木质纤维素的主要成分，占生物质组分质量分数的40％～50％，所以，从纤维素出发制备有价值的化学品成为符合可持续发展战略的必然选择。

纤维素是由D-葡萄糖分子以β-1,4-糖苷键连接而成的大分子多糖，其中所含的大量羟基，致使纤维素分子内、分子间存在很多氢键，同时范德华力存在于纤维素分子间，使之形成致密的晶体结构，降解困难。因此纤维素降解的关键步骤是在催化剂作用下破坏氢键和断裂糖苷键。

目前最常用的纤维素水解方法是通过纤维素酶水解，但是这个方法效率比较低而且成本很高。同时利用矿物质酸水解纤维素转化葡萄糖的研究也很多，如HCl，H₂SO₄。最早浓酸水解纤维素的研究是始于1883年，可以回收的纤维素或半纤维素转化糖的产率大约为90％(Ackerson M,Ziobro M,Gaddy J L.Two-stage acid hydrolysis ofbiomass[J].BiotechnolBioengSymp,(UnitedStates),1981,11,103-112.)，但设备腐蚀比较严重，而且酸回收困难，故该工艺后改为稀酸水解。稀酸水解法由法国梅尔森斯于1856年首先提出，稀酸水解法通常是指用浓度小于10％的硫酸或盐酸等无机酸作为催化剂将纤维素水解为葡萄糖等单糖的方法。在高温高压下，纤维素在如稀硫酸或稀盐酸等稀酸催化作用下可以完全水解生成葡萄糖。水解反应温度通常在100-240℃，压力大于液体饱和蒸汽压，大约在10个大气压以上(W.Biodiesel production in Europe and North America,anencouraging prospect[J].Renewable Energy,1999,16(1-4),1078-1083.)。由于酸浓度较低，不存在回收问题，但却存在酸腐蚀设备的问题，而且，稀酸水解条件苛刻(如高压)，则大部分糖被降解为不希望的低聚物和焦油。