[发明专利]磺化碳基固体酸微球、制备方法及纤维素或半纤维素的水解方法

说明书

本发明公开了一种磺化碳基固体酸微球的制备方法，包括：将碳基生物质的水溶液在水热反应釜中进行水热反应，所述水热反应的温度为160℃～200℃，形成碳基微球；以及将所述碳基微球在溶剂中通过含有磺酸基团的有机修饰剂在115℃～170℃进行表面处理。本发明还公开了一种磺化碳基固体酸微球及利用所述磺化碳基固体酸微球对纤维素或半纤维素进行水解的方法。

技术领域

本发明涉及绿色节能化工材料领域，特别是涉及一种磺化碳基固体酸微球、制备方法及纤维素或半纤维素的水解方法。

背景技术

近年来可再生资源的开发和利用日益被重视，木质纤维素类生物质是地球上最丰富的可再生资源，我国可开发的纤维素资源约有6亿吨，所以木质纤维类生物质的综合利用对我国的可持续发展具有重要的意义。纤维素和半纤维素是木质纤维素类生物质中的主要成分之一，其水解产物被广泛应用于功能性食品、饲料、医药等领域，目前纤维素和半纤维素的水解产物在国内市场的需求规模日益增长。

目前纤维素和半纤维素的水解方法主要有：(1)酸降解法，酸降解法主要使用硫酸、盐酸等强酸进行水解，该法的水解会产生大量单糖的降解产物，同时强酸对设备腐蚀性较强，并会造成严重的环境污染。(2)酶降解法具有条件温和环境友好的优势，但其降解纤维素或半纤维素时效率低，需要对原料进行预处理，另外酶的价格高，生产经济效益差。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够经济、高效、环保和低腐蚀的水解纤维素和半纤维素的磺化碳基固体酸微球、制备方法及纤维素或半纤维素的水解方法。

一种磺化碳基固体酸微球的制备方法，包括：

将碳基生物质的水溶液在水热反应釜中进行水热反应，所述水热反应的温度为160℃～200℃，形成碳基微球；以及

将所述碳基微球在溶剂中通过含有磺酸基团的有机修饰剂在115℃～170℃进行表面处理。

在其中一个实施例中，所述碳基微球和所述有机修饰剂的质量比为1：1.25至1：6.25。

在其中一个实施例中，所述有机修饰剂含有苯环，包括磺基水杨酸、对甲苯磺酸和对氨基苯磺酸中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述有机修饰剂在所述溶剂中的浓度为0.05g/mL至0.25g/mL。

在其中一个实施例中，所述碳基生物质包括纤维素、木质素、葡萄糖、果糖、麦芽糖和淀粉中的一种或多种。

在其中一个实施例中，还包括：

将所述表面处理的产物过滤，将固相在80℃～110℃下进行热处理。

一种所述的制备方法制备的磺化碳基固体酸微球，包括所述碳基微球以及交联在所述碳基微球的外表面的磺酸基团，所述碳基微球具有含氧官能团。

在其中一个实施例中，所述碳基微球具有与所述磺酸基团连接的芳香环或碳氧杂环烷基。

一种纤维素或半纤维素的水解方法，将所述的磺化碳基固体酸微球作为催化剂，包括：

将纤维素或半纤维素、所述磺化碳基固体酸微球及水加入反应釜中进行水解反应。

在其中一个实施例中，所述磺化碳基固体酸微球与所述纤维素或半纤维素的质量比为(0.5～1):1，所述水解反应的温度为150℃～170℃。