[发明专利]一种光催化转化单糖生物质制备乳酸的方法

说明书

本发明涉及一种光催化转化单糖生物质制备乳酸的方法，利用人工光源或自然光，不用外加热源，在碱性溶液中，采用碳基材料或碳基复合材料实现了高效、高选择性光催化转化单糖生物质为乳酸。本发明反应体系温度的提升源于光热催化剂对光能的转化，不仅能耗降低，而且突破了传统技术制乳酸选择性低，收率也低的难题，乳酸收率高达80～90％；反应为非均相，光热催化剂稳定性好，循环反应后依旧高效；使用单糖生物质如葡萄糖为原料，可廉价大量的从生物质资源化转化得到。与现有技术相比，本发明具有绿色、高效、低能耗、高收率的特点，具有十分重要的意义与应用前景。

技术领域

本发明涉及一种新型的光催化制备高附加值化学品的方法，尤其是涉及一种以单糖生物质为原料制备乳酸的方法。

背景技术

乳酸是极为重要的高附加值化学品，可作为食品防腐剂、医药制剂和环保型可生物降解塑料的原料，广泛应用于医药、食品、化工等行业。

目前制备乳酸的方法有化学合成法，酶法以及微生物发酵方法，发酵法仍为主流方法，可使用如玉米、马铃薯等淀粉物质，但是发酵法周期长，占地大，效率低并对菌种有要求，乳酸选择性低，同时发酵过程中需要一定的加热控制环境温度，耗能较高。同样也有关于化学合成法制备乳酸的研究，但是大多采用不易得的化学品为原料进行转化。随着可降解塑料的需求越来越大，作为原料的化学品乳酸得到了更多的重视。已有大量使用水热的方法进行葡萄糖等单糖到乳酸的转化研究报道，但是需要在高温高压的条件下，加碱量大，反应条件苛刻，并且乳酸选择性不高，非常容易发生产甲酸乙酸的副反应。因此，开发绿色、低能耗、高效、高选择性转化生物质或生物质衍生物为高附加值的乳酸，特别是在比较温和的条件下实现转化十分重要与迫切。

葡萄糖是典型的生物质衍生物，可以由纤维素在酸性或碱性条件下水解得到，由于纤维素在自然界中大量存在，所以葡萄糖是一种易得的原料化学品，可以作为制备乳酸的理想原料。葡萄糖转化为乳酸是一个碱催化反应，但是常温常压下基本上是不发生反应的。本课题之前的研究报道使用过渡金属离子加碱在水热条件下催化葡萄糖产乳酸，过渡金属离子可以减少碱的用量，但是收率低(25～30％)。

近年来，光催化技术作为一种清洁能源技术得到大力发展，在能源转化以及环境污染治理领域都有广泛的研究，但是目前光催化转化生物质的相关研究还很有限，尤其是转化生物质产乳酸的研究尚未见报道。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种光催化转化单糖生物质制备乳酸的方法，利用人工光源或自然光，不用外加热源，在碱性溶液中，采用光热催化剂实现了高效、高选择性光催化转化单糖生物质为乳酸。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种光催化转化单糖生物质制备乳酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对单糖生物质进行预处理，将光热催化剂均匀分散在反应溶液中，依次加入一定量的碱和单糖生物质后超声；

(2)用惰性气体置换反应器内气体若干次，排尽空气并密封，放在光源下，磁力搅拌并调节电流开始反应，保持0.5～3小时的反应时间；

(3)反应结束后，将反应器冷却至室温，取样过滤分析液体产物，采用高效液相色谱对液相产物定性定量分析，过滤回收催化剂。

反应以水为溶剂。

反应原料单糖生物质为葡萄糖、果糖、甘露糖、阿拉伯糖、木糖、核糖、半乳糖、赤藓糖和甘油醛中的一种，均可直接从生物质资源中转化得到。

反应以光热催化剂转化光能为反应驱动力，不用外加热源，利用人工光源或自然光聚光，所用的光源波长是全光谱，包括300～2500nm的光波，光强为100～1500mW/cm²，优选800～1200mW/cm²。