[发明专利]微波超声波协助多功能树脂固体酸催化纤维素高效水解的方法

摘要

本发明公开了一种微波超声波协助多功能树脂固体酸催化纤维素高效水解的方法，该方法使用多功能树脂固体酸作为催化剂，纤维素水解反应过程更加清洁绿色；多功能树脂固体酸具有纤维素吸附位点（‑Cl）和纤维素水解位点（‑SO₃H），能够模仿纤维素酶的作用方式，使得纤维素的水解反应更具定向性；多功能树脂固体酸中的四氧化三铁组分使其具有较强的磁性，在简单外加磁铁的作用下即可实现与反应体系和水解残渣的分离回收。除此之外，本发明借助微波超声波两种能量的有效叠加，有助于纤维素氢键网络的打破和反应活化能的降低，与传统加热方式相比，加热速度快，加热均匀，能够降低反应温度，节省反应时间，使纤维素的水解反应条件更加温和。

主权项

1.纳米Fe₃O₄ 作为树脂固体酸催化剂的载体在提高树脂固体酸催化的纤维素水解效率中的应用，其特征在于：所述的水解过程是在超声和微波辅助作用下，所述的应用中还包括如下步骤：树脂固体酸催化剂的制备，包括如下步骤：第1步，含氯树脂在有机溶剂中溶胀；第2步，在溶胀后的溶液中加入对氨基苯磺酸进行取代磺化反应，反应后洗涤树脂；第3步，将第2步得到的树脂加入至含有纳米Fe₃O₄ 的有机溶剂中，使树脂的孔道中嵌入纳米Fe₃O₄ ；第4步，再对树脂进行洗涤、烘干；所述的含氯树脂选自聚氯甲基苯乙烯树脂、聚氯乙烯树脂、氯化聚丙烯树脂或氯醚树脂；第1步中含氯树脂与有机溶剂的质量体积比是(10～30g):(200～400mL)；溶胀过程的参数是：温度60～120℃，时间12～36h；有机溶剂为二甲基甲酰胺、四氢呋喃、四氯化碳、氯仿或甲苯中的一种或者几种的混合；第2步中含氯树脂与对氨基苯磺酸的质量比是4:3～4:1；磺化反应的温度100～140℃，磺化反应时间36～72h；含氯树脂与纳米Fe₃O₄ 的质量比是10:1～20:1；所述的第3步中，反应过程的温度60～120℃，反应中加入超声辅助，超声作用时间1～4h；所述的第4步中，洗涤树脂是依次用有机溶剂和乙醇洗涤；纤维素水解制备还原糖包括如下步骤：在离子液体中加入纤维素、上述的树脂固体酸催化剂、水，进行水解反应，即得；所述的离子液体是咪唑类离子液体；所述的咪唑类离子液体选自1‑丁基‑3‑甲基咪唑氯盐、1‑乙基‑3‑甲基咪唑氯盐、1‑丁基‑3‑甲基咪唑醋酸盐、1‑乙基‑3‑甲基咪唑醋酸盐中的一种或几种的混合；水解反应过程中，还加入微波和超声的作用，微波频率为2000～3000MHz；微波功率设定为100～700W ；超声频率为5～40KHz；超声功率设定为100～900W。