[发明专利]一种深度共熔溶剂-炭基固体酸催化剂催化水解的方法

说明书

本发明公开了一种深度共熔溶剂‑炭基固体酸催化剂催化水解的方法，本发明首先采用共熔溶剂对纤维素做预处理后，使用炭基固体酸作催化剂对纤维素进行降解，最终得到葡萄糖溶液。本发明无需将预处理后的木质纤维素残渣分离干燥的步骤，催化剂的催化性受被预处理液中的残渣的有害物质的影响较小，对反应底物和反应条件要求较低，得到较高产率的葡萄糖有效的降低了成本。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种深度共熔溶剂-炭基固体酸催化剂催化水解的方法。

背景技术

科学界一直在寻找具有成本竞争力和良好的溶解能力的绿色溶剂，可以对木质纤维素生物质进行增值。深度共熔溶剂(DES)目前正在作为一类非常有前途的溶剂出现，它们通常是由两种或三种组分自缔合(或氢键相互作用)形成的液态共晶混合物。DES同时也是一类可设计的溶剂，并被称为新型离子液体。它的性质类似于离子液体，具有低挥发性，低熔点、高热稳定性和对各类有机无机化合物的强溶解性。相较于离子液体，深度共共熔溶剂具有制备简单环境友好等优点。近来众多研究者发现DES对木质素有高度溶解性，因此DES成为木质纤维素的分离(或预处理)和木质素的增值领域极具研究吸引力的一类溶剂。

常规的两步法降解木质纤维素以实现生物质的增值利用通常包括：第一步，采用化学或物理方法对结构致密的木质纤维素原料进行预处理，分离木质纤维素中互相缠绕的木质素、半纤维素和纤维素三大组分，并降低纤维素主链的结晶度以利于进一步将其降解为小分子多糖或其他高附加值平台化合物；第二步，运用酸、碱或酶催化剂对经过预处理的木质纤维素进一步进行降解得到目的产物。

常规的降解木制纤维素的方法中需将预处理后的木质纤维素残渣分离干燥，酶催化剂容易被预处理液中的残渣的有害物质抑制活性，且酶催化水解对反应底物和反应条件要求较高，葡萄糖产率较低。

发明内容

基于此，有必要提供一种深度共熔溶剂-炭基固体酸催化剂催化水解的方法，该深度共熔溶剂-炭基固体酸催化剂催化水解的方法中无需将预处理后的木质纤维素残渣分离干燥的步骤，催化剂的催化性受被预处理液中的残渣的有害物质的影响较小，对反应底物和反应条件要求较低，得到较高产率的葡萄糖有效的降低了成本。

其技术方案如下：

本申请提供一种深度共熔溶剂-炭基固体酸催化剂催化水解的方法，其特征在于包括以下步骤:(1)深度共熔溶剂的制备：取氯化胆碱和尿素或甘油或丙二酸或甲酸或乙二醇或柠檬酸或草酸，盛放在事先放有磁子的西林瓶中，塞上塞子，封口膜封口，在80～100℃，500rpm转速下搅拌2～4h后，冷却至室温，在70℃的真空干燥箱内干燥48h后转移至干燥器内密封保存；(2)深度共熔溶剂预处理纤维素：将200mg纤维素加入到4g深度共熔溶剂中，在80℃下搅拌24h后，冷却至室温得到深度共熔溶剂-纤维素样品；(3)炭基固体酸催化剂的制备：通过不完全碳化三氯蔗糖然后磺化所得炭前驱体的方法制备得到一种含催化活性基团与吸附基团的固体酸催化剂；(4)炭基固体酸催化剂催化预处理后的纤维素的水解反应：向深度共熔溶剂-纤维素样品中按1:25ml/mg的比例添加去离子水和炭基固体酸催化剂后，转移到西林瓶中用铝盖密封，搅拌1分钟，在120℃下反应12h，得到葡萄糖溶液，测定水解中葡萄糖浓度。

在其中一个实施例中，所述步骤(1)中氯化胆碱和尿素的摩尔比为1：2，或氯化胆碱和甘油摩尔比为1：2，或氯化胆碱和丙二酸的摩尔比为1：1，或氯化胆碱和甲酸的摩尔比为1：2，或氯化胆碱和乙二醇的摩尔比为1：2，或氯化胆碱和丁二醇的摩尔比为1：4，或氯化胆碱和柠檬酸的摩尔比为1：1，或氯化胆碱和草酸的摩尔比为1：1，温度为90℃；所述步骤(2)中纤维素为木质纤维素。