[发明专利]从半纤维素直接制备木糖醇的方法

说明书

本发明公开了一种从半纤维素直接制备木糖醇的方法，包括：将生物质半纤维素、磁性固体酸催化剂和去离子水混合后，在1‑4MPa的氢气气氛下和500‑700rpm的搅拌速率下，于170‑200℃进行密闭反应1‑5h，再冷却至室温，即得所述木糖醇；上述磁性固体酸催化剂经磁性分离和干燥后，用于下次反应。本发明的木糖醇的得率高，反应过程中不会出现副反应。

技术领域

本发明属于木糖醇制备技术领域，具体涉及一种从半纤维素直接制备木糖醇的方法。

背景技术

木糖醇分子式为C₅H₁₂O₅，是一种健康的五碳糖醇，在各种水果、蔬菜、谷物和秸秆中，均含有极少量的木糖醇。木糖醇甜度适宜，代谢不需胰岛素的促进，可用于糖尿病的营养剂和糖代谢调节剂。木糖醇具有防龋功能，是口香糖和牙膏生产中的重要原料。木糖醇还可以进一步的转化为有价值的化学品，如乳酸、乙二醇和丙二醇。总之，木糖醇在医疗、食品和化工方面具有重要的用途。

木糖醇的生产方法主要为生物合成法和化学合成法。木糖醇的生物合成法制备方法复杂，得率较低，制备成本高，工业化成产成本较高。传统的木糖醇化学合成法是使用无机酸水解含有半纤维素的农业纤维废料生产木糖水解液，使用的无机酸易腐蚀设备，酸难以回收利用。木糖水解液需除去无机酸和原料中带来的和水解过程中副反应产生的非糖有机杂质，此过程需要脱酸，脱色和离子交换。此过程工艺流程长，需消耗大量的水、电、酸和碱，生产成本较高。如控制酸量不当，木糖和无机酸加热，易脱水生成副产物糠醛或进一步水解为低级碳水化合物，如醋酸、丙酮等。若木糖水解液纯度较低，后续蒸发浓缩时容易产生难分离的色素及加氢效果较差，易过度氢解为乙二醇，1，2丙二醇等小分子二元醇，不能得到高质量的木糖醇产品。

将生物质原料通过碱法提取得到半纤维素，然后在半纤维素的水溶液中通过催化剂一步法合成得到高品质的木糖醇，可以省去将半纤维素降解至木糖以及木糖纯化结晶工序，缩短了工艺流程，具有比较强的工业化应用潜力。

CN105777485B公开了一种木糖醇的制备方法，该方法从农业纤维废料中通过碱法提取得到半纤维素，在半纤维素的水溶液中，加入贵金属/固体酸催化剂一锅法直接合成得到木糖醇。该制备方法虽然绿色环保，但是使用的活性金属为贵金属，价格昂贵，也没具体考察反应过程中是否有副反应的发生，此外非磁性的催化剂分散于溶液，在工业规模运用中催化剂极其易流失，回收利用相对于磁性催化剂困难，而且木糖醇得率相对较低。

US9586878B2公开了一种糖醇的合成方法，使用硫酸作为酸水解催化剂，Ru/C作为木糖加氢催化剂，以异丙醇作为氢源一锅法从半纤维素一锅法制备木糖醇。但是该方法使用无机酸作为水解催化剂，容易腐蚀设备，不易回收，并且使用贵金属作为催化剂，价格昂贵，相对于磁性催化剂快速回收和简单而言，该催化剂分散于反应液中，回收容易流失，相对困难，同时木糖醇的得率也相对较低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种从半纤维素直接制备木糖醇的方法。

本发明的技术方案如下：

从半纤维素直接制备木糖醇的方法，包括：将生物质半纤维素、磁性固体酸催化剂和去离子水混合后，在1-4MPa的氢气气氛下和500-700rpm的搅拌速率下，于170-200℃进行密闭反应1-5h，再冷却至室温，即得所述木糖醇；上述磁性固体酸催化剂经磁性分离和干燥后，用于下次反应；

上述磁性固体酸催化剂的制备方法包括：将活性金属的前驱体用去离子水溶解后倒入SBA-15分子筛载体中，浸渍12-15h，再于105-112℃干燥12-18h，接着在480-520℃马弗炉中焙烧3-5h，研磨过90-110目筛后，于480-520℃的还原炉中通入氢气进行还原3-5h，制得所述磁性固体酸催化剂，上述活性金属由Ni、Fe和Al组成。