[发明专利]纤维素仿生催化水解系统及其在纤维素生物质生产液体燃料中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种全新的纤维素仿生催化系统和生物质快速精炼生产液体燃料方法，更具体地说涉及一种可在常温常压下快速预处理纤维素生物质，和快速催化纤维素、半纤维素水解成糖反应的仿生催化剂，以及仿生催化剂的回收方法。

背景技术

全球工业化的迅速发展造成人类对化石能源如煤炭，石油，核能，天然气等不可再生性能源的消耗速度迅速增长，化石能源已走进或正在走向其可供应量的峰值。化石能源的短缺和因使用化石能源造成的全球暖化，是人类确保生存与可持续发展必须克服的难题。而纤维素生物质生产液体燃料是人类克服这些难题的最可靠保障。

全面使用纤维素生物质所有三种最主要组分：纤维素、半纤维素、和木质素用于生产液体燃料如汽油，柴油，乙醇等燃料能源的技术，我们已较为完整的成功发明出并已全面公开(WO/2007/095787，CN200710084896.6，以及CN200710006858.9)。

但是由于纤维素水解酶的开发刚刚初步成功，纤维素水解酶的生产和使用还存在一系列问题需要克服，如纤维素水解酶的生产还需要使用纯纤维素作为碳源、必须使用纯氧气来发酵等，这造成纤维素水解酶的生产成本很难在较短的时间内降低到合适水平。另外，纤维素水解酶的催化性能还较低，纤维素水解的时间较长(超过48小时)，纤维素水解酶受产物葡萄糖的抑制较为严重，使水解所得的糖液浓度较低，并且纤维素水解酶所能水解的纤维素需要较彻底地脱除木质素和半纤维素，这些问题都对工业化生产影响较严重。再者，使用纤维素水解酶作催化剂水解纤维素，还无较理想的简易灭菌方法，如果全部使用抗生素来灭菌，其用量将非常巨大，后果难以预料。

而半纤维素由于它的结构非常复杂，不同种类、甚至于同一种类在不同地方生长，其结构都不相同，半纤维素水解酶的开发还未到基本成功的地步，催化效果和半纤维素水解酶的成本都还使得它难以用于工业化生产，市场上还没有商业化供应的半纤维素水解酶。

总之，当前纤维素和半纤维素的水解酶都难以进行工业化生产。

为此，本领域迫切需要一种水解纤维素和半纤维素的仿生催化剂，该催化剂在发酵法使用纤维素生物质生产液体燃料时，具备纤维素水解酶的高度选择性、和强酸催化剂的快速催化效果。

发明内容

本发明的第一目的在于获得一种用于催化水解纤维素和/或半纤维素的仿生催化剂，该催化剂在发酵法使用纤维素生物质生产液体燃料时，具备纤维素水解酶的高度选择性、和强酸催化剂的快速催化效果。

本发明第二目的在于获得一种水解纤维素生物质的方法，其具有高度选择性和快速催化效果。

本发明的第三目的在于获得一种仿生催化剂的用途。

本发明的第一方面提供一种用于催化水解纤维素和/或半纤维素的仿生催化剂，所述催化剂包括双酸基催化区域、和纤维素结合区域。

在本发明一个具体实施方式中，所述仿生催化剂具有如分子式1所示的结构：

其中，

M是双酸基催化区域，所述双酸基催化区域为铁、或锌；

L₁，L₂，L₃是纤维素结合区域，所述纤维素结合区域为单配位、双配位、三配位、和/或四配位的配体，它们可以相同，也可以不同；

A、B分别是C、N、S、B、Si、或者P，其中A和B可以相同，也可以不同，且A和B之间是单键或双键；

n代表整数，选自0、1、或2。

在本发明一个具体实施方式中，

所述单配位配体选自：以N、O、S、P、卤素、C、Si、B等为配位原子、或者以双键、三键、芳香环等为作为含一个配体点的物质，优选CO、Cp^-、有机磷配体、卤离子(Cl^-、Br^-、I^-)、PF₆^-、BF₄^-、马来酸(maleic acid)、衣康酸(itaconic acid)、富马酸(fumaric acid)或其组合；

所述双配位配体选自：N-N配体、N-P配体、P-O配体、P-P配体、O-N配体、O-S配体、S-N配体、O-O配体、P-S配体、S-S配体、以及其它以N、O、S、P、C、B、Si、为配位原子的含任何两个配体点的物质，优选