[发明专利]一种竹基生物质转化糖醇的制备方法

说明书

本发明公开了一种由竹源木质纤维素生物质制备糖醇的方法，所述制备方法以竹基木质纤维素为原料，采用机械催化解聚技术，经由预处理以及催化加氢过程得到生物基糖醇。根据发明的所述制备方法采用分布最广、最丰富、最廉价的竹子生物质原料。同时采用机械催化解聚技术对竹基木质纤维素进行解聚，可以实现在温和条件下水相中竹材生物质一锅法高效催化转化制备C3‑C6糖醇。通过优化机械催化解聚工艺和催化剂，竹材生物质转化率最高可达95％，C6和C5糖醇选择性可达92C‑mol％和95C‑mol％。催化剂可循环使用50次以上不失活，且催化剂本身对空气、水和热都很稳定。

技术领域

本发明属于生物质能的利用领域，具体而言涉及一种由竹基生物质催化转化糖醇的制备方法。

背景技术

生物质基糖醇如山梨糖醇、木糖醇、甘露糖醇、赤藓糖醇等对酸、热有较高的稳定性，不容易发生美拉德反应，是低热值食品甜味剂，广泛应用于食品工业特别是低热值食品配方，也可以用作制取维生素C、醇酸树脂和表面活性剂的原料。目前工业上糖醇主要由玉米淀粉等为原料，通过酶水解制糖，再由相应的糖通过还原工艺制取。然而以粮食为原料生产生物燃料和化学品存在着“与人争粮、与粮争地”的问题，世界上有很多国家依然存在粮食短缺问题，因此利用可再生的农林废弃物资源制备糖醇有望成为传统粮食路线的替代性新路线。

我国竹子资源丰富，竹子生长周期短，产量高，自然再生能力强，一次种植可永续经营而不破坏生态环境，生态功能强。随着石油、煤炭储量的下降，以及各国对环境污染问题的日益关注和重视，竹子等可再生生物质资源的应用愈来愈受到关注。但是木质纤维素生物质由于植物细胞壁具有坚硬且紧凑的结构，难以被降解。其三大主要成份：纤维素、半纤维素和木质素均为具有复杂空间结构的高分子化合物，并相互结合形成复杂的超分子化合物，其中纤维素分子规则排列、聚集成束，构成细胞壁的构架，而纤丝构架之间充满了半纤维素和木质素，形成紧凑结构。天然纤维素被有效利用的最大障碍是它被难以降解的木质素包裹，使得酶及化学试剂难以接触，因此天然的木质纤维素原料难以被水解酶或化学试剂降解形成生物基燃料或化学品。而每种类型的木质纤维素生物质具有其自身特定的纤维素、半纤维素和木质素组成。由于竹子和草本植物在结构上存在着很大的差别，导致竹子的预处理及催化解聚工艺也存在较大不同，因此在草本植物预处理工艺的基础上，需要开发和探索适用于竹子的预处理和催化最佳工艺，为竹子催化转化制备高附加值化学品的未来发展提供理论基础和产业化数据参考。

发明内容

针对上述现有技术中的问题，根据本发明的目的在于提供一种由竹源木质纤维素生物质制备糖醇的方法，本发明以竹基木质纤维素为原料，采用机械催化解聚技术，经由预处理以及催化加氢过程得到生物基糖醇，主要步骤如下：

1)将竹材生物质破碎，研磨成细粉；

2)将竹粉末加入稀酸溶液中混合均匀，生物质竹粉末与酸溶液的质量比为1:2至1:0.5，然后将其在40～80℃烘箱中干燥；

3)将步骤2)中得到的混合物放入行星式球磨机以100～800rmp的转速进行球磨，球磨0.5～48h；

4)在釜式高压反应器中加入步骤3)中得到的固体、具有加氢活性的催化剂、去离子水，密闭后充入1～10MPa氢气，在100～250℃下进行反应，反应0.5～48小时后，冷却至室温，然后进行催化剂分离，产物经精馏后即生产出碳数为3到6的糖醇。

其中，在步骤1)中所述竹源生物质材料为毛竹、斑竹、水竹、紫竹、慈竹、硬头簧、麻竹、单竹、苦竹、棕竹、方竹、淡竹、佛肚竹、凤凰竹、青皮竹、茶竿竹、苦竿竹等。

优选地，在步骤2)中所述稀酸可以为硫酸、盐酸、硝酸、甲酸、醋酸或磷酸中的至少一种，优选硫酸或盐酸，酸的重量百分比浓度为0.01～10％，优选0.5～5％。