[发明专利]一种绿色溶剂体系中催化纤维素转化制备5-羟甲基糠醛的方法

摘要

本发明属于生物质催化领域，提供了一种绿色溶剂体系中催化纤维素转化制备5‑羟甲基糠醛的方法。基于硅基介孔分子筛SBA‑15，制备了磁性载体Fe3O4@SBA‑15，并用于负载纤维素酶制备生物酶催化剂cellulase‑Fe3O4@SBA‑15；负载ZrO2/SO42‑型固体超强酸，成功制备了2SZ@SBA‑15化学催化剂。偶联这两类催化剂，实现在水溶液中生物酶催化剂高效催化降解纤维素得到葡萄糖，异丙醇/水的混合溶液中，化学催化剂催化降解反应得到的葡萄糖制备5‑HMF。两步催化反应的串联可实现绿色溶剂体系中纤维素到5‑HMF的高效转化。

主权项

1.一种绿色溶剂体系中催化纤维素转化制备5‑羟甲基糠醛的方法，其特征在于，包括如下步骤：A、生物酶催化剂的制备：A1、按比例将氯化铁水合物FeCl3·6H2O和醋酸钠NaAc加入到乙二醇中，超声形成混合均匀的溶液；然后取干燥后的硅基介孔分子筛SBA‑15分散在上述溶液中，在搅拌的条件下，向混合体系中逐滴加入聚乙二醇PEG，混合均匀后的溶液加入高压反应釜中反应，反应结束后，所得固体经水和乙醇洗涤，离心收集，真空干燥，得到负载有磁性Fe3O4的SBA‑15即Fe3O4@SBA‑15；A2、取步骤A1所得Fe3O4@SBA‑15分散在柠檬酸缓冲溶液中，混合均匀后，在搅拌的条件下向混合体系中加入纤维素酶cellulase，反应体系在一定温度下实现纤维素酶的负载，产物经离心收集，真空干燥得到生物酶催化剂cellulase‑Fe3O4@SBA‑15；B、化学催化剂的制备：B1、取干燥后的硅基介孔分子筛SBA‑15分散在有机溶剂中，在搅拌的条件下，向混合体系中逐滴加入可水解锆盐溶液，反应体系水解反应完全后，所得产物经洗涤、离心收集，真空干燥，得到SBA‑15负载单层的氧化锆产品1ML‑ZrO2@SBA‑15；B2、取步骤B1所得1ML‑ZrO2@SBA‑15替代步骤B1中硅基介孔分子筛SBA‑15，重复步骤B1中的水解反应，得到SBA‑15负载两层的氧化锆产品2ML‑ZrO2@SBA‑15；B3、将步骤B2所得的2ML‑ZrO2@SBA‑15浸泡在硫酸溶液中，浸泡结束后，离心所收集产物，真空干燥后置于马弗炉内，程序升温到煅烧温度，煅烧，得到SBA‑15负载的2ML‑ZrO2/SO42‑型固体超强酸2SZ@SBA‑15；C、将步骤A制得的生物酶催化剂和步骤B制得的化学催化剂应用于串联催化降解纤维素制备5‑HMF的反应：C1、生物酶催化剂cellulase‑Fe3O4@SBA‑15催化降解纤维单体得葡萄糖的步骤：首先将纤维素经离子液体处理得到纤维单体，然后按比例将纤维单体和柠檬酸缓冲溶液混合均匀，再加入步骤A制得的生物酶催化剂cellulase‑Fe3O4@SBA‑15，催化降解纤维单体得到葡萄糖；C2、将步骤C1所得反应产物通过外加磁场作用力分离生物酶催化剂，得新的反应体系；C3、化学催化剂2SZ@SBA‑15催化降解葡萄糖制备5‑HMF的步骤：将步骤C2所得反应体系中加入一定量的醇溶剂，待体系温度上升到所需温度后，加入步骤B制得的化学催化剂，反应结束，得到5‑HMF。