[发明专利]基于FeOCl/MoS2

说明书

本发明属于木质纤维素原料预处理技术领域，具体涉及一种基于FeOCl/MoS₂的非均相类芬顿催化体系及应用。本发明利用MoS₂活化FeOCl，提供一种高效的FeOCl/MoS₂木质纤维素降解预处理体系，并用所述类芬顿催化体系对木质纤维素原料进行预处理，从而提高木质纤维素原料的酶解效率。本发明围绕FeOCl/MoS₂为基础的非均相类芬顿体系对玉米秸秆进行预处理以提高其酶解效率。本申请又根据预处理秸秆酶解产量的变化，进一步优化了预处理以及酶解的条件。采用本发明的FeOCl/MoS₂的体系处理木质纤维素30min后还原糖产率是未处理的5.37倍左右，是常规的非均相类芬顿处理的1.91倍左右，本发明的反应方法pH范围宽，催化剂易于制备，反应时间短，固液比含量高，且酶解效率高。

技术领域

本发明属于木质纤维素原料预处理技术领域，具体涉及一种基于FeOCl/MoS₂的非均相类芬顿催化体系及应用。

背景技术

由不可再生的化石能源所引起的环境污染、气候变化等问题日益突出，寻找可再生资源显得尤为重要。木质纤维素富含碳水化合物、木质纤维素等物质，是自然界中含量最为丰富、最易得的资源，可用于生产燃料、化学品等，具有广阔的应用前景。提高木质纤维素的利用率，能够减少CO₂等排放，降低环境污染，缓解气候变化的压力，对于建立经济循环利用型生物质体系具有十分重要的意义。

木质纤维素生物炼制的传统途径是先通过酶法水解得到纤维二糖、葡萄糖、木糖、阿拉伯糖等还原糖，然后再通过微生物发酵或将糖进行催化生产化学制品或者生物燃料。但是，由于木质纤维素原料复杂的结构以及半纤维素和木质素的存在严重阻碍了酶解糖化的效率。

目前常见的木质纤维素预处理方法有物理法、化学法、生物学法、物理化学方法、生物化学方法等，虽然这些方法能够不同程度提高酶解效率，但也存在一定的弊端。除了上述几种传统的方法外，还有一种仿生芬顿预处理方法，众所周知，芬顿反应是一种绿色环保、经济高效、低能耗的反应过程，具有易于操作的特点。

受到白腐菌生物降解木质纤维素的启发，研究人员发现微生物降解木质纤维素的过程与芬顿反应相似，于是将芬顿反应应用于木质纤维素预处理中。预处理过程中不仅不会产生对后续酶解和发酵有抑制作用的有毒物质，还具有操作简单、反应迅速等优点。其反应式表述为：Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+OH^-+·OH。但是现有技术中的芬顿反应体系仍然存在一定弊端，例如H₂O₂利用率低，试剂成本高、不可回收，反应时间长，pH范围窄，有铁基污泥产生等缺点。

在此基础上，发明人前期研究了FeOCl类芬顿预处理方法，具体是在芬顿预处理的基础上利用非均相催化剂的特殊理化性质或结构特征，调控参与催化反应中铁离子的释放，促进铁的循环利用，实现催化剂的高效回收，同时提高H₂O₂利用率的一种改良芬顿预处理方式(参见中国专利CN111118087A基于FeOCl的木质纤维素预处理体系及其应用)。但是此种方法由于反应时间长，酶解效率不高，固液比较低，因此在工业应用方面受到限制等。

MoS₂由于具有强大的电子迁移能力，在催化领域已经得到了广泛的研究(LIANGJ,WEI Z,WANG C,et al.Vacancy-induced sodium-ion storage in N-doped carbonNanofiber@MoS 2nanosheet arrays[J].Electrochimica Acta,2018,285)。它表面具有大量的活性位点，能够使Mo²⁺氧化为Mo⁴⁺，这是其具有强大的共催化性能的原因。