[发明专利]水/离子液体二元体系中纤维素水解制备葡萄糖的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以纤维素在环境友好的条件下水解制备还原糖的方法，属于可再生的生物质资源利用技术领域。

背景技术

纤维素（cellulose）不溶于水及一般有机溶剂，是自然界中广泛存在的可再生资源。据估计，地球上每年通过生物合成的纤维素达1000亿吨以上，消耗的纤维素中，大约有10亿吨被当做当作燃料和建筑原木，另外造纸消耗约1.0亿吨，纺织消耗约0.12亿吨。在石化资源日益紧张的形势下，如何充分利用这种可再生资源，使其成为石化资源的替代品成为急需研究的课题。

纤维素主要由葡萄糖组成的高分子多糖，通过水解可以得到还原糖，从而转化为化工原料或者发酵为燃料乙醇，目前受关注的处理方法主要有酸碱水解、酶水解以及超（近）临界水解。

酸碱水解，不仅会带来污染问题，而且会对设备造成较大腐蚀性，应用中受到很大的限制。

酶水解，由于酶具有高度选择性、不同的酶需要相应条件，对于复杂的天然纤维素高效水解目前难度很大。

纤维素超（近）临界水解，由于其不用催化剂就可以快速高效使纤维素水解，作为一种环境友好的绿色工艺过程具有很好的应用前景，不过由于通常在约300℃的近临界水甚至是超过374℃的超临界水中进行，极端的高温高压条件，目前工业化应用存在很大的难度。而且水解产生的还原糖在高温高压下容易进一步反应，副产品比较多，还原糖的分离提纯都很困难。

基于研究现状，本发明通过加入离子液体，以增进纤维素的分散溶解着手，在水/离子液体二元体系中，使纤维素溶解在液相形成均相体系的基础上，在温和条件下加快纤维素水解制备葡萄糖。此外，离子液体与水的混合体系，可增加水的离解平衡常数Kw，使得体系中H⁺和OH^-离子的浓度提高，也有利用纤维素的水解。

发明内容

本发明的目的是提供一种在水/离子液体二元体系中纤维素水解制备葡萄糖的方法。

本发明是一种水/离子液体二元体系中纤维素水解制备葡萄糖的方法，其特征在于具有三个步骤，分别是原料预处理、水解、以及产物分离；

 原料预处理：纤维素在80±5℃干燥、破碎至20～40目；

b 水解反应：将干燥后的纤维素粉末、离子液体、水按相应比例加到反应釜中，设定温度，反应一段时间，使纤维素水解制得葡萄糖；所用的离子液体为[Amim]Cl，[Bmim]Cl或[Emim]Cl中的任一种；纤维素粉末与离子液体的质量比为1:(1~5)；离子液体与水的质量比为8:(1~6)；反应温度为120~180℃；反应时间为3~10h；

c 产品分离：将反应后的产物冷却，加入一定量的超纯水稀释后倒出，将产物抽滤，得到含葡萄糖的液相产物。

本发明利用纤维素在水/离子液体二元体系下水解，具有条件温和、产率高、反应速度快、环保等特点。

纤维素作为一种以葡萄糖聚合形成的聚合物，其水解转化为葡萄糖的主要反应方程式为如下。

附图说明

图1为固体残余物与纤维素的红外谱图。

图2为液相产物与标准葡萄糖样品的高压液相色谱（HPLC）分析图。

具体实施方式

先将本发明的具体实施例叙述于后。

实施例1

将纤维素放在烘箱中45～65℃干燥，粉碎至20～40目。取纤维素粉末1g、离子液体[Amim]Cl (氯化-1-烯丙基-3-甲基咪唑) 8g、水3g放入反应釜中密闭反应。反应温度为150℃、时间4h。反应结束，将反应釜置于冷水中冷却至室温，加入少量超纯水稀释后倒出，抽滤，分别收集液相产物及固相残余物。称取固体残余物得到纤维素的降解率为76.56%。液相产物通过高压液相色谱分析确定主要产物为葡萄糖，收率达到62.86%。

实施例2

将纤维素放在烘箱中45～65℃干燥，粉碎至20～40目。取纤维素粉末1g、离子液体[Bmim]Cl(氯化-1-丁基-3-甲基咪唑) 10g、水1g放入反应釜中密闭反应。反应温度为140℃，反应时间8h。反应结束，将反应釜置于冷水中冷却至室温，加入少量超纯水稀释后倒出、抽滤。分别收集液相产物及固相残余物。称取固体残余物得到纤维素的降解率为80.64%。液相产物通过高压液相色谱分析确定主要产物为葡萄糖，收率达到63.60%。

参见图1，图1为固体残余物与纤维素的红外谱图，由图可以发现，两条曲线基本吻合，由此分析，固体残余物主要为未降解的纤维素。

参见图2，图2为液相产物与标准葡萄糖样品的高压液相色谱分析结果，液相产物的色谱图上停留时间3min-3.5min的色谱峰是葡萄糖，说明水解主要产物为葡萄糖。