[发明专利]一种用于纤维素水解的Cu-Zn-Al类水滑石/高岭土复合催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明涉及纤维素水解技术领域，公开了一种用于纤维素水解的Cu‑Zn‑Al类水滑石/高岭土复合催化剂的制备方法及应用，催化剂制备方法包括：1）将CuSO₄·5H₂O、ZnSO₄·7H₂O、Al₂(SO₄)₃·18H₂O配制为混合盐溶液；2）向混合盐溶液中加入高岭土，搅拌，超声分散；3）将混合溶液转移至反应釜中进行水热处理；4）将产物水洗至中性，干燥，研磨成粉末，即得到复合催化剂。本发明催化剂对纤维素水解制备还原糖有较好的催化活性，纤维素转化率以及还原糖收率都较高；同时该催化剂为固体催化剂，易分离回收、无毒无污染，不会对设备造成腐蚀。

技术领域

本发明涉及纤维素水解技术领域，尤其涉及一种用于纤维素水解的Cu-Zn-Al类水滑石/高岭土复合催化剂的制备方法及应用。

背景技术

随着社会经济的不断发展进步，煤、石油、天然气等化石资源面临枯竭，环境破坏严重，然而，世界各国对能源的需求依然不断增长。目前，除了倡导节能减排之外全世界都在致力于开发和利用可再生能源以减少化石能源的利用，保护生态环境系统，推进人类社会的可持续发展。目前，可再生能源主要包含生物质、地热能、太阳能、风能、海洋能源等。

在各种可再生能源中，由于核能、大型水电具有潜在的生态环境风险，风能和地热等区域性资源制约，大力发展遭到限制和质疑，而生物质能由于其自然界含量丰富、具有良好的可再生性能等特点被人们认可。生物质可以转化成常规的固态、液态和气态燃料，煤、石油、天然气等能源实质上也是由生物质能转变而来的。因此，有效且高效的开发生物质成为人类关注的问题。

纤维素作为自然界中最丰富的可再生资源，是一种绿色清洁的可再生能源，是地球上最广泛的生物质资源，纤维素化学结构稳定，要想利用纤维素则必须使纤维素水解。纤维素水解可转化为葡萄糖等还原性糖、乙醇、乳酸、谷氨酸、葡糖二酸、5-羟甲基糠醛、乙酰丙酸等小分子产物。糖类又可以高效地转化为其它的平台化合物，因此，如何高效地利用纤维素使其水解为更有价值的化学品成为目前科研工作者关注的热点问题。

目前，用于纤维素水解的较常见的催化剂主要为酶催化剂、液体酸催化剂、固体酸催化剂和杂多酸催化剂等。利用酶催化一般可实现纤维素高转化率及高选择性地水解成糖，但受限于酶催化剂来源和热稳定性等，其获取困难且水解所需的反应时间较长，转化速度偏慢。此外，酶的成本高、稳定性差、容易失活、回收困难，极大地限制了其在化学工业中的应用。液体酸催化剂主要包括无机酸(盐酸、硫酸、磷酸等)和有机酸(草酸、芳基磺酸、甲酸等)。一般，液体酸催化剂用于纤维素水解中具有较高的转化率，但由于液体酸催化剂的酸性过强，容易造成糖产物的继续催化而发生副反应，导致水解选择性降低。此外，液体酸催化剂浓度较高会对设备造成较严重的损坏，并且所用的酸回收困难，对环境污染严重，这些缺点限制了液体酸催化剂的广泛使用。杂多酸是由杂原子和多原子按一定结构通过氧原子配位形成的一种强酸性催化剂，杂多酸具有较强的催化能力，在提升水解转化率、选择性及速度方面均具有优势，但是由于杂多酸易溶于水、回收相对困难而限制了其应用。固体酸催化剂相对于液体酸催化剂具有更突出的优点，固体酸更容易与产物分离，可以循环再利用，对反应器的损害较小。此外，使用固体酸催化剂可以减少对环境的污染。所以，采用廉价高效的催化剂使纤维素水解对高效利用纤维素有重大的意义。