[发明专利]一种植物秸秆降解制备可溶性糖的方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境保护、可再生能源技术领域。具体涉及一种植物秸秆降解制备可溶性糖的方法。

背景技术

植物秸秆具有分布广、产量高的特点，其高值化利用是解决人类能源危机的重要途径。目前，植物秸秆的降解与利用的研究主要集中在酸法、酶法和微生物降解法三个方面。酸法包括稀酸法和浓酸法。稀酸法需高温高压，设备要求高，能耗大。浓酸法需用大量的浓硫酸，易腐蚀设备，难以回收，污染环境。酶法的反应条件苛刻，针对底物的范围窄，而且不宜回收，成本高。微生物降解法的反应周期长，难以降解多种植物秸秆。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、成本较低，且对环境无污染的植物秸秆降解制备可溶性糖的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种植物秸秆降解制备可溶性糖的方法，将粉碎后的植物秸秆与固体酸催化剂按1～100∶1的重量比混合，在水体系中加热，沸点回流下反应1～50小时，然后滤出液体减压脱水得可溶性糖。

其中，所述的固体酸催化剂为沸石分子筛、介空分子筛、杂多酸化合物和高分子酸性催化剂中的任意一种或两种以上任意比例的混合物。所述的沸石分子筛为X型、Y型、或ZSM型；所述的杂多酸化合物为H₄SiW₁₂O₂/活性炭、HPA/SiO₂、HPA/活性炭、HPA/MCM-41、HPA/碳化树脂、HPA/硅胶、HPA/Al₂O₃、HPA/TiO₂、HPA/膨润土或HPA/活性炭纤维；所述的高分子酸性催化剂为聚苯乙烯系阳离子交换树脂或Nafion-H树脂。

优选的是，所述的固体酸催化剂为负载型杂多酸和高分子酸性催化剂中的任意一种或两种的混合物。

更优选的是，所述的固体酸催化剂为H₄SiW₁₂O₂/活性炭、D002阳离子树脂。

其中，所述的植物秸秆为稻草秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、甜菜秸秆和水葫芦秸秆中的任意一种或两种以上任意比例的混合物。

其中，所述的植物秸秆粉碎至50目以上。优选100目～300目。

其中，所述的可溶性糖为单糖、寡糖或多糖。通过本发明方法生产出的可溶性糖可以用于发酵产燃气、工业发酵原料及饲料添加剂等。

其中，植物秸秆与固体酸催化剂优选按1～20∶1的重量比混合。更优选的是按1～5∶1的重量比混合。

其中，所述的水体系，水的加入重量为植物秸秆与固体酸催化剂总重量的5～20倍。

其中，常压沸点回流下反应优选10～30小时。更优选20～30小时。

本发明的反应方法适用于间歇反应或连续反应。

本发明方法对反应器不会产生较大腐蚀，所需要的反应器，其材质可以为玻璃、有机玻璃或不锈钢。

在反应过程中，磨碎的植物秸秆首先与催化剂表面的催化基团碰撞，降解成高分子的多糖。高分子的多糖随机的进入催化剂的内部孔隙，被降解成较小分子的多糖，较小分子的多糖又可被进一步降解，最终得到较小分子量的可溶性的糖。经液相色谱测定，产物中所含成分为：葡糖糖、阿拉伯糖、戊糖、葡萄糖多聚体、戊糖阿拉伯糖多聚体，以及其他的糖类。

有益效果：本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、克服了酸法对设备的腐蚀的问题，并减少了酸碱中和与除盐工艺流程。

2、克服了酶法对酶纯度和活性要求高、针对底物的范围窄、操作控制难、回收难的问题。

3、克服了微生物降解法的反应周期长，难以降解多种植物秸秆的混合的问题。

4、本绿色新工艺生产工序简单，无污染，能耗少，生产成本低。

具体实施方式：

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

实施例1：

将稻草秸秆粉碎至200目，与D002大孔强酸性聚苯乙烯系阳离子交换树脂按照质量比1∶1混匀，装入反应器中。然后以固液比1∶5的重量比加水，加热至沸腾，蒸汽冷凝回流。反应20h，然后过滤，滤液减压脱水，所得固体为可溶性糖。在70℃下，将可溶性糖烘干至恒重称量。

可溶性糖得率＝可溶性糖的质量/秸秆的质量×100％。

经计算，可溶性糖得率为31.35％。

实施例2：