[发明专利]一种催化水解纤维素制备还原糖的方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种催化水解纤维素制备还原糖的方法。

(二)背景技术

能源是人类社会赖以生存的物质基础。随着生活水平的不断提高，人们对能源的需求不断加大，煤炭、石油等传统化石能源消耗迅速，资源短缺日益严重。开发和利用新能源及可再生能源，是我国能源的长期发展战略，也是保证我国经济稳定、可持续发展的政策措施之一。

生物质是一种典型的可再生能源，地球上每年通过植物光合作用固定的碳元素达2000亿吨。据估算，中国生物质资源生产潜力可达650亿吨/年，折合33亿吨标准煤，相当于每年化石资源消耗总量的3倍以上。国内大部分生物质资源(农作物秸秆等)被直接焚烧，造成资源的大量浪费，同时也造成环境的严重污染。

纤维素是自然界中最丰富的生物质资源，有望替代化石资源传统燃料和化学品，从而实现能源的再生和可持续发展。然而，由于纤维素是最难水解的生物质，传统工艺是采用液体酸、碱或酶的方法首先将纤维素转化为葡萄糖，然后再将葡萄糖进一步转化为其它的能源或精细化学品，工艺路线长，不可避免地带来废酸的回收、处理以及对环境有一定污染。因此，实验选用较为绿色环保的固体催化剂来催化转化纤维素，固体催化剂具有制备方法简单、热稳定性好、易分离和不腐蚀设备等优点，故用固体催化剂代替液体催化剂可以实现反应过程中的环境友好化。

目前，越来越多的学者采用快速、高效、绿色的新技术来展开对纤维素的开发利用。张涛(N Ji，T Zhang，MY Zheng，AQ Wang，H Wang，XD Wang，JG Chen，Angew.Chem.Int.Ed.，2008，47，8510-8513.)研究组研究了负载型碳化钨催化剂在纤维素催化转化反应中的催化性能。但上述反应过程中需要用到氢气，这势必会增加成本且过程较为复杂。Onda等人(A.Onda，T.Ochi and K.Yanagisawa，Selective hydrolysis of cellulose into glucose over solid acid catalysts，Green Chem.，2008，10(10)，1033-1037.)报道了在温和的水热条件下，使用H-型沸石，磺化介孔二氧化硅和磺化活性碳作为催化剂水解纤维素制取葡萄糖。以磺化活性碳作为催化剂时，葡萄糖的选择性达到了90％。但是从工业应用角度看，这类磺酸化固体酸催化剂的制备较为复杂，不适宜大规模制备。最近，Deng等人(W.P.Deng，M.Liu，Q.H.Zhang et al.Acid-catalysed direct transformation of cellulose into methyl glucosides in methanol at moderatetemperatures，Chem.Commun.，2010，46(15)：2668-2670.)研究了杂多酸可作为催化纤维素水解为糖的有效催化剂。但杂多酸类催化剂价格较贵，亦不适宜大规模的生产应用。

(三)发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种使用酸改性蒙脱土催化水解纤维素制备还原糖的方法，酸改性蒙脱土对纤维素水解反应具有较好的催化活性，转化率高，且催化剂制备方法简单，易于分离、回收，对环境无污染且不会腐蚀设备。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种催化水解纤维素制备还原糖的方法，使用的催化剂为酸改性蒙脱土。

本发明所述的纤维素优选微晶纤维素或竹质纤维素。

本发明所述的酸改性蒙脱土是通过常规方法对蒙脱土进行酸改性制得，例如所述的酸改性蒙脱土可通过离子交换法制备，所述制备方法包括如下步骤：

(1)使用蒙脱土和蒸馏水配制蒙脱土溶液；

(2)在蒙脱土溶液中加入酸，混合搅拌；

(3)步骤(2)所得混合溶液在80-90℃搅拌2-10小时；

(4)再将步骤(3)所得产物在90-120℃干燥4-8小时，得到所述的酸改性蒙脱土。

所述步骤(1)中，使用的蒙脱土优选钠基蒙脱土；优选蒸馏水的用量以蒙脱土的质量计为10～100ml/g。

所述步骤(2)中，所述的酸为硫酸、磷酸、盐酸、对甲苯磺酸、甲酸或乙酸；优选酸的质量用量为蒙脱土质量的1～5倍。

本发明推荐所述的催化水解纤维素制备还原糖的方法具体如下：取纤维素、酸改性蒙脱土和去离子水，置于反应釜中，于150～225℃搅拌反应，充分反应制得还原糖。